Astronomové spatřili Stroncium v důsledku kolize mezi dvěma neutronovými hvězdami. Je to poprvé, kdy byl těžký prvek identifikován v kilonove, což je výbušné následky těchto typů srážek. Objev objevuje díru v našem chápání toho, jak se tvoří těžké prvky.
V roce 2017 detekovala gravitační vlna laserového interferometru (LIGO) a Evropská observatoř VIRGO gravitační vlny pocházející ze sloučení dvou neutronových hvězd. Událost sloučení byla pojmenována GW170817 a v galaxii NGC 4993 byla vzdálena asi 130 milionů světelných let.
Výsledná kilonova se nazývá AT2017gfo a Evropská jižní observatoř (ESO) na ni namířila několik svých dalekohledů, aby ji pozorovala v různých vlnových délkách. Zaměřili zejména na velmi velký dalekohled (VLT) a jeho přístroj X-shooter na kilonova.
X-střelec je spektrograf s více vlnovými délkami, který pozoruje viditelné světlo v ultrafialovém B (UVB) a blízké infračervené záření (NIR.). Zpočátku data X-střelce naznačovala, že v kilonovi byly přítomny těžší prvky. Až dosud však nemohli identifikovat jednotlivé prvky.
"Toto je poslední etapa desetileté honičky za účelem vymezení původu prvků."
Darach Watson, hlavní autor, University of Copenhagen.
Tyto nové výsledky jsou uvedeny v nové studii nazvané „Identifikace stroncia při sloučení dvou neutronových hvězd“. Hlavním autorem je Darach Watson z Kodaňské univerzity v Dánsku. Příspěvek byl publikován v časopise Příroda dne 24. října 2019.
"Tím, že jsme znovu analyzovali data z fúze za rok 2017, jsme nyní identifikovali podpis jednoho těžkého prvku v této ohnivé kouli, stroncia, což dokazuje, že kolize neutronových hvězd vytváří tento prvek ve vesmíru," řekl Watson v tiskové zprávě.
Kování chemických prvků se nazývá nukleosyntéza. Vědci o tom vědí po celá desetiletí. Víme, že se elementy tvoří v supernovách, ve vnějších vrstvách stárnoucích hvězd a v pravidelných hvězdách. Pokud však jde o zachycení neutronů ao tom, jak se vytvářejí těžší prvky, máme mezeru v porozumění. Podle Watsona tento objev vyplňuje tuto mezeru.
"Toto je poslední fáze desetileté honičky za účelem vymezení původu prvků," říká Watson. "Nyní víme, že procesy, které vytvářely prvky, se odehrávaly většinou u obyčejných hvězd, při výbuchu supernovy nebo ve vnějších vrstvách starých hvězd." Až dosud jsme však nevěděli, kde se nachází konečný, neobjevený proces, známý jako rychlé zachycení neutronů, který vytvořil těžší prvky v periodické tabulce. “
Existují dva typy neutronového záchytu: rychlý a pomalý. Každý typ záchytu neutronů je zodpovědný za vytvoření asi poloviny prvků těžších než železo. Rychlé zachycení neutronů umožňuje atomovému jádru zachytit neutrony rychleji, než se může rozkládat, a vytvářet tak těžké prvky. Tento proces byl vypracován před desítkami let a nepřímé důkazy poukazovaly na kilonovu jako na pravděpodobné místo pro proces rychlého zachycení neutronů. Až dosud však na astrofyzikálním místě nebylo pozorováno.
Hvězdy jsou dost horké, aby vytvořily mnoho prvků. Těžší prvky jako Strontium však mohou vytvářet pouze ta nejextrémnější horká prostředí. Pouze taková prostředí, jako je tato kilonova, mají dostatek volných neutronů. V kilonově jsou atomy neustále bombardovány masivním počtem neutronů, což umožňuje procesu rychlého zachycení neutronů vytvořit těžší prvky.
"Je to poprvé, kdy můžeme přímo spojit nově vytvořený materiál vytvořený pomocí neutronového záchytu s fúzí neutronových hvězd, což potvrzuje, že neutronové hvězdy jsou vyrobeny z neutronů a svázají dlouho diskutovaný proces rychlého záchytu neutronů k takovým fúzím," říká Camilla Juul Hansen z Astronomického institutu Maxe Plancka v Heidelbergu, který hrál ve studii hlavní roli.
I když data rentgenů byla už několik let, astronomové si nebyli jisti, že v kilonově viděli stroncium. Mysleli si, že to vidí, ale hned si nemohli být jisti. Naše chápání sloučení kilonovae a neutronových hvězd není zdaleka kompletní. V X-střeleckých spektrech kilonova, která musela být zpracována, jsou složitosti, konkrétně pokud jde o identifikaci spekter těžších prvků.
"Vlastně jsme přišli s myšlenkou, že bychom po akci mohli vidět stroncium docela rychle." Ukázalo se však, že tento případ byl prokazatelně velmi obtížný. Tento problém byl způsoben našimi velmi neúplnými znalostmi spektrálního vzhledu těžších prvků v periodické tabulce, “říká výzkumný pracovník University of Copenhagen Jonatan Selsing, který byl v článku klíčovým autorem.
Až dosud se o rychlém zachycení neutronů hodně debatovalo, ale nikdy se nepozorovalo. Tato práce vyplňuje jednu z otvorů v našem chápání nukleosyntézy. Ale jde to ještě dále. Potvrzuje povahu neutronových hvězd.
Poté, co neutron objevil James Chadwick v roce 1932, vědci navrhli existenci neutronové hvězdy. V článku z roku 1934 astronomové Fritz Zwicky a Walter Baade uvedli, že „super nova představuje přechod obyčejné hvězdy na hvězdnouneutronová hvězda, sestávající hlavně z neutronů. Taková hvězda může mít velmi malý poloměr a extrémně vysokou hustotu. “
O tři desetiletí později byly neutronové hvězdy spojeny a identifikovány s pulsary. Neexistoval však žádný způsob, jak dokázat, že neutronové hvězdy byly vyrobeny z neutronů, protože astronomové nemohli získat spektroskopické potvrzení.
Tento objev však identifikováním stroncia, které bylo možné syntetizovat pouze za extrémního toku neutronů, dokazuje, že neutronové hvězdy jsou skutečně vyrobeny z neutronů. Jak autoři ve své práci uvádějí: „Identifikace prvku, který mohl být tak rychle syntetizován pouze za extrémního toku neutronů, poskytuje první přímý spektroskopický důkaz, že neutronové hvězdy obsahují hmotu bohatou na neutrony.“
Toto je důležitá práce. Objev objevil dvě díry v našem chápání původu prvků. Pozorně potvrzuje, co vědci věděli teoreticky. A to je vždy dobré.
Více:
- Tisková zpráva: První identifikace těžkého prvku narozeného z kolize neutronových hvězd
- Výzkumná práce: Identifikace stroncia ve sloučení dvou neutronových hvězd
- Wikipedia: Neutron Capture
- 1934 Paper: Cosmic Rays from Super-Novae
