Astronómovia zaznamenali stroncium v dôsledku kolízie medzi dvoma neutrónovými hviezdami. Je to po prvýkrát, čo sa v kilonove zistil ťažký prvok, výbušné následky týchto druhov zrážok. Objav zaplní dieru v našom chápaní toho, ako sa tvoria ťažké prvky.
Gravitačné vlnové observatórium s laserovým interferónom (LIGO) a európske observatórium VIRGO v roku 2017 zistili gravitačné vlny pochádzajúce zo zlúčenia dvoch neutrónových hviezd. Udalosť fúzie bola pomenovaná GW170817 a v galaxii NGC 4993 bola vzdialená asi 130 miliónov svetelných rokov.
Výsledná kilonova sa nazýva AT2017gfo a Európske južné observatórium (ESO) na ňu namierilo niekoľko svojich ďalekohľadov, aby ju pozorovali v rôznych vlnových dĺžkach. Najmä namierili veľmi veľký ďalekohľad (VLT) a jeho X-strelec na kilonova.
X-strelec je spektrograf s viacerými vlnovými dĺžkami, ktorý pozoruje viditeľné svetlo v ultrafialovom B (UVB) a blízkom infračervenom svetle (NIR.). Pôvodne údaje z X-strelca naznačovali, že v kilonove boli prítomné ťažšie prvky. Až doteraz však nedokázali identifikovať jednotlivé prvky.
"Toto je posledná etapa desaťročného prenasledovania, ktoré by určilo pôvod prvkov."
Darach Watson, hlavný autor, Kodanská univerzita.
Tieto nové výsledky sú uvedené v novej štúdii s názvom „Identifikácia stroncia pri zlúčení dvoch neutrónových hviezd“. Hlavným autorom je Darach Watson z dánskej univerzity v Kodani. Príspevok bol publikovaný v časopise príroda 24. októbra 2019.
"Opätovným analyzovaním údajov z roku 2017 pri fúzii sme teraz identifikovali podpis jedného ťažkého prvku v tejto ohnivej gule, stroncia, čo dokazuje, že zrážka neutrónových hviezd vytvára tento prvok vo vesmíre," uviedol Watson v tlačovej správe.
Kovanie chemických prvkov sa nazýva nukleosyntéza. Vedci o tom vedia už desaťročia. Vieme, že prvky sa tvoria v supernovách, vo vonkajších vrstvách starnúcich hviezd a v bežných hviezdach. Pokiaľ však ide o zachytenie neutrónov ao tom, ako sa vytvárajú ťažšie prvky, máme medzeru v porozumení. Podľa Watsona tento objav zaplňuje túto medzeru.
„Toto je posledná etapa desaťročného prenasledovania, ktoré by určilo pôvod prvkov,“ hovorí Watson. „Teraz vieme, že procesy, ktoré vytvorili prvky, sa odohrávali väčšinou v obyčajných hviezdach, pri výbuchoch supernov alebo vo vonkajších vrstvách starých hviezd. Doteraz sme však nepoznali umiestnenie konečného, neobjaveného procesu, známeho ako rýchle zachytenie neutrónov, ktorý vytvoril ťažšie prvky v periodickej tabuľke. “
Existujú dva typy neutrónových záchytov: rýchle a pomalé. Každý typ zachytenia neutrónov je zodpovedný za vytvorenie asi polovice prvkov ťažších ako železo. Rýchle zachytenie neutrónov umožňuje atómovému jadru zachytiť neutróny rýchlejšie, ako sa môže rozpadnúť, čím sa vytvoria ťažké prvky. Tento proces bol vypracovaný pred desiatkami rokov a nepriame dôkazy poukazovali na kilonovu ako na pravdepodobné miesto pre proces rýchleho zachytenia neutrónov. Až doteraz sa to však nikdy nepozorovalo na astrofyzikálnom mieste.
Hviezdy sú dosť horúce na to, aby vytvorili veľa prvkov. Ťažšie prvky ako Strontium však môžu vytvárať iba tie najextrémnejšie horúce prostredia. Iba tie prostredia, ako je táto kilonova, majú dostatok voľného neutrónov v okolí. V kilonove sú atómy bombardované obrovským počtom neutrónov, čo umožňuje rýchlemu zachyteniu neutrónov vytvoriť ťažšie prvky.
„Je to prvýkrát, čo môžeme priamo spojiť novo vytvorený materiál vytvorený zachytením neutrónov s fúziou neutrónových hviezd, čo potvrdzuje, že neutrónové hviezdy sú vyrobené z neutrónov a spájajú dlho diskutovaný proces rýchleho zachytávania neutrónov s takýmito fúziami,“ hovorí Camilla Juul Hansen z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu v Heidelbergu, ktorý v štúdii zohral významnú úlohu.
Aj keď údaje z X-strelca existujú už niekoľko rokov, astronómovia si neboli istí, či v kilonove vidia stroncium. Mysleli si, že to vidia, ale nemohli by si byť istí hneď. Naše chápanie fúzií kilonov a neutrónových hviezd nie je zďaleka úplné. X-strelecké spektrá kilonetu, s ktorými sa muselo pracovať, sú zložité, najmä pokiaľ ide o identifikáciu spektier ťažších prvkov.
"Vlastne sme prišli s myšlienkou, že by sme mohli vidieť stroncium pomerne rýchlo po udalosti." Ukázalo sa však, že to bolo preukázateľne veľmi ťažké. Tento problém bol spôsobený našimi neúplnými znalosťami spektrálneho vzhľadu ťažších prvkov v periodickej tabuľke, “hovorí Jonatan Selsing, výskumný pracovník univerzity v Kodani, ktorý bol hlavným autorom tohto článku.
Až doteraz sa o rýchlom zachytávaní neutrónov veľa diskutovalo, ale nikdy sa nepozorovalo. Táto práca vyplňuje jednu z dier v našom chápaní nukleosyntézy. Ale ide ešte ďalej. Potvrdzuje to charakter neutrónových hviezd.
Po objavení neutrónov Jamesom Chadwickom v roku 1932 vedci navrhli existenciu neutrónovej hviezdy. V článku z roku 1934 astronómovia Fritz Zwicky a Walter Baade predložili názor, že „super-nova predstavuje prechod obyčajnej hviezdy na hviezdu“.neutrónová hviezdapozostávajúce hlavne z neutrónov. Takáto hviezda môže mať veľmi malý polomer a extrémne vysokú hustotu. “
O tri desaťročia neskôr boli neutrónové hviezdy spojené a identifikované pulzary. Neexistoval však žiadny spôsob, ako dokázať, že neutrónové hviezdy boli vyrobené z neutrónov, pretože astronómovia nemohli získať spektroskopické potvrdenie.
Avšak tento objav identifikáciou stroncia, ktoré bolo možné syntetizovať iba pri extrémnom toku neutrónov, dokazuje, že neutrónové hviezdy sú skutočne vyrobené z neutrónov. Ako autori vo svojej práci uvádzajú, „Identifikácia prvku, ktorý by mohol byť syntetizovaný tak rýchlo pod extrémnym tokom neutrónov, poskytuje prvý priamy spektroskopický dôkaz, že neutrónové hviezdy obsahujú látku bohatú na neutróny.“
Toto je dôležitá práca. Tento objav zaplnil dve diery v našom chápaní pôvodu prvkov. Pozorne potvrdzuje, čo vedci vedeli teoreticky. A to je vždy dobré.
Viac:
- Tlačová správa: Prvá identifikácia ťažkého prvku vzniknutého zrážkou s neutrónovými hviezdami
- Výskumná práca: Identifikácia stroncia pri zlúčení dvoch neutrónových hviezd
- Wikipedia: Neutron Capture
- Papier z roku 1934: Cosmic Rays from Super-Novae
