Tähtitieteilijät näkevät Strontiumin Kilonovan hylkyssä, todiste siitä, että neutronitähtien törmäykset synnyttävät raskaita alkuaineita maailmankaikkeudessa
Tähtitieteilijät ovat havainneet Strontiumin kahden neutronitähden törmäyksen jälkeen. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kilonovassa on koskaan tunnistettu raskas elementti, joka on tämäntyyppisten törmäysten räjähdysmäinen jälki. Löytö tukkii aukon ymmärryksemme raskaiden elementtien muodostumisesta.
Vuonna 2017 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ja European VIRGO observatorio havaitsivat gravitaatioaaltoja, jotka olivat peräisin kahden neutronitähden yhdistymisestä. Yhdistymistapahtuma nimettiin GW170817 , ja se oli noin 130 miljoonan valovuoden päässä galaksissa NGC 4993.
Tuloksena olevaa kilonovaa kutsutaan nimellä AT2017gfo, ja Euroopan eteläinen observatorio (ESO) osoitti useita teleskooppejaan tarkkailemaan sitä eri aallonpituuksilla. Erityisesti he osoittivat erittäin suuren teleskoopin (VLT) ja sen X-shooter-instrumentin kilonova .
Tämä kaavio näyttää rönsyilevän Hydran (naarasmerikäärmeen) tähtikuvion, joka on taivaan suurin ja pisin tähdistö. Suurin osa tähdistä, jotka näkyvät paljaalla silmällä kirkkaana pimeänä yönä, näytetään. Punainen ympyrä merkitsee galaksin NGC 4993 sijaintia, joka tuli tunnetuksi elokuussa 2017 ensimmäisenä gravitaatioaaltolähteenä, joka tunnistettiin myös valossa näkyvässä valossa kilonovaksi GW170817. NGC 4993 voidaan nähdä hyvin haaleana täplänä suuremmalla amatööriteleskoopilla. Kuvaluotto: ESO, IAU ja Sky & Telescope
The X-ampuja on moniaallonpituusspektrografi, joka tarkkailee ultravioletti B (UVB,) näkyvää valoa ja lähiinfrapunaa (NIR). Alun perin X-shooter-tiedot viittasivat siihen, että kilonovassa oli raskaampia elementtejä. Mutta tähän asti he eivät pystyneet tunnistamaan yksittäisiä elementtejä.
'Tämä on viimeinen vaihe vuosikymmeniä kestäneelle jahdille elementtien alkuperän selvittämiseksi.'
Darach Watson, pääkirjailija, Kööpenhaminan yliopisto.
Nämä uudet tulokset esitetään uudessa tutkimuksessa, jonka otsikko on ' Strontiumin tunnistaminen kahden neutronitähden fuusiossa .” Pääkirjoittaja on Darach Watson Kööpenhaminan yliopistosta Tanskasta. Artikkeli julkaistiin lehdessäLuonto24 päivänä lokakuuta 2019.
'Analysoimalla uudelleen vuoden 2017 tiedot yhdistymisestä, olemme nyt tunnistaneet tämän tulipallon yhden raskaan elementin, strontiumin, allekirjoituksen, mikä osoittaa, että neutronitähtien törmäys luo tämän elementin maailmankaikkeudessa', Watson sanoi. Lehdistötiedote .
Tämän taiteilijan vaikutelman mukaan kaksi pientä mutta erittäin tiheää neutronitähteä sulautuvat yhteen ja räjähtävät kilonovana. Tällaiset esineet ovat tärkein erittäin raskaiden kemiallisten alkuaineiden, kuten kullan ja platinan, lähde universumissa. Yhden alkuaineen, strontiumin (Sr), havaitseminen on nyt vahvistettu käyttämällä ESO:n Very Large Teleskoopin X-shooter-instrumentin tietoja.
Kemiallisten alkuaineiden taontaa kutsutaan nukleosynteesiksi. Tiedemiehet ovat tienneet siitä vuosikymmeniä. Tiedämme, että alkuaineita muodostuu supernoveissa, ikääntyvien tähtien ulkokerroksissa ja tavallisissa tähdissä. Mutta ymmärryksessämme on ollut aukko neutronien sieppaamisesta ja siitä, kuinka raskaampia alkuaineita muodostuu. Watsonin mukaan tämä löytö täyttää tämän aukon.
'Tämä on viimeinen vaihe vuosikymmeniä kestäneessä jahdossa elementtien alkuperän selvittämiseksi', Watson sanoo. 'Tiedämme nyt, että alkuaineita luoneet prosessit tapahtuivat enimmäkseen tavallisissa tähdissä, supernovaräjähdyksissä tai vanhojen tähtien ulkokerroksissa. Mutta toistaiseksi emme tienneet viimeisen, löytämättömän prosessin, joka tunnetaan nimellä nopea neutronien sieppaus, sijaintia, joka loi raskaammat alkuaineet jaksollisessa taulukossa.
On olemassa kahdenlaisia neutronien sieppaus : nopea ja hidas. Jokainen neutronien sieppaustyyppi on vastuussa noin puolet rautaa raskaammista alkuaineista. Nopea neutronien sieppaus mahdollistaa atomiytimen siepata neutroneja nopeammin kuin se voi hajota, jolloin syntyy raskaita alkuaineita. Prosessi kehitettiin vuosikymmeniä sitten, ja olosuhteet osoittavat, että kilonovat ovat todennäköinen paikka nopealle neutronien sieppausprosessille. Mutta sitä ei koskaan havaittu astrofysikaalisessa paikassa tähän asti.
Tämä animaatio perustuu sarjaan NGC 4993:n kilonovan spektrejä, jotka on havaittu X-shooter-instrumentilla ESO:n Very Large Telescopessa Chilessä. Ne kattavat 12 päivän ajanjakson alkuperäisen räjähdyksen jälkeen 17. elokuuta 2017. Kilonova on aluksi hyvin sininen, mutta sitten kirkastuu punaisena ja haalistuu.
Luotto:ESO / E. Pian et ai./S. Smartt & ePESSTO / L. Tie
Tähdet ovat tarpeeksi kuumia tuottamaan monia alkuaineita. Mutta vain äärimmäisimmät kuumat ympäristöt voivat luoda raskaampia elementtejä, kuten strontiumia. Vain näissä ympäristöissä, kuten tällä kilonovalla, on tarpeeksi vapaita neutroneja ympärillä. Kilonovassa atomeja pommittaa jatkuvasti valtava määrä neutroneja, mikä mahdollistaa nopean neutronien sieppausprosessin luoda raskaampia alkuaineita.
'Tämä on ensimmäinen kerta, kun voimme suoraan liittää neutronien sieppauksella syntyneen uuden materiaalin suoraan neutronitähtien sulautumiseen, mikä vahvistaa, että neutronitähdet koostuvat neutroneista ja sitoo pitkään kiistellyn nopean neutronien sieppausprosessin tällaisiin fuusioihin', Camilla Juul sanoo. Hansen Max Planck Institute for Astronomysta Heidelbergissä, jolla oli tärkeä rooli tutkimuksessa.
Vaikka X-shooter-tiedot ovat olleet olemassa pari vuotta, tähtitieteilijät eivät olleet varmoja näkevänsä strontiumia kilonovassa. He luulivat näkevänsä sen, mutta eivät voineet olla heti varmoja. Ymmärryksemme kilonovien ja neutronitähtien sulautumisesta on kaukana täydellisestä. Kilonovan X-shooter-spektreissä on monimutkaisia tekijöitä, jotka piti työstää läpi, erityisesti mitä tulee raskaampien alkuaineiden spektrien tunnistamiseen.
17. elokuuta 2017 Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ja Virgo Interferometer havaitsivat molemmat gravitaatioaaltoja kahden neutronitähden törmäyksestä. Observatoriot olivat tunnistaneet tapahtuman lähteen 12 tunnin kuluessa linssimäisessä galaksissa NGC 4993, joka näkyy tässä NASA/ESA Hubble -avaruusteleskoopin avulla kerätyssä kuvassa. Siihen liittyvä tähtipurkaus, kilonova, näkyy selvästi Hubblen havainnoissa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun gravitaatioaaltotapahtuman optinen vastine havaittiin. Hubble havaitsi, että kilonova hiipui vähitellen kuuden päivän aikana, kuten näissä 22. ja 28. elokuuta välisenä aikana tehdyissä havainnoissa näkyy (sisäkohdat). Tekijä: ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63442000
'Kehitimme itse asiassa ajatuksen, että saamme nähdä strontiumin melko nopeasti tapahtuman jälkeen. Sen osoittaminen, että näin oli todistettavasti, osoittautui kuitenkin erittäin vaikeaksi. Tämä vaikeus johtui erittäin epätäydellisistä tiedoistamme jaksollisen taulukon raskaampien alkuaineiden spektrin ulkonäöstä', sanoo Kööpenhaminan yliopiston tutkija Jonatan Selsing, joka oli paperin avaintekijä.
Tähän asti nopeasta neutronien sieppauksesta on keskusteltu paljon, mutta sitä ei koskaan havaittu. Tämä työ täyttää yhden nukleosynteesin ymmärryksemme aukoista. Mutta se menee pidemmälle. Se vahvistaa luonteen neutronitähdet .
Jälkeen neutroni löydettiin James Chadwickin vuonna 1932 kirjoittama tutkijat ehdottivat neutronitähden olemassaoloa. Jonkin sisällä 1934 lehti , tähtitieteilijät Fritz Zwicky ja Walter Baade esitti näkemyksen, jonka mukaan 'supernova edustaa tavallisen tähden siirtymistä aneutronitähti, joka koostuu pääasiassa neutroneista. Tällaisella tähdellä voi olla hyvin pieni säde ja erittäin suuri tiheys.'
Kolme vuosikymmentä myöhemmin neutronitähdet yhdistettiin ja tunnistettiin pulsareihin. Mutta ei ollut mitään keinoa todistaa, että neutronitähdet koostuivat neutroneista, koska tähtitieteilijät eivät voineet saada spektroskooppista vahvistusta.
Mutta tämä löytö, tunnistamalla strontium , joka olisi voitu syntetisoida vain äärimmäisen neutronivuon alla, osoittaa, että neutronitähdet todellakin koostuvat neutroneista. Kuten kirjoittajat sanovat artikkelissaan: 'Tässä elementin tunnistaminen, joka olisi voitu syntetisoida niin nopeasti äärimmäisen neutronivuon alla, tarjoaa ensimmäisen suoran spektroskooppisen todisteen siitä, että neutronitähdet sisältävät runsaasti neutroneja.'
Tämä on tärkeää työtä. Löytö on tukkinut kaksi reikää ymmärryksemme alkuaineiden alkuperästä. Se vahvistaa havainnollisesti sen, minkä tiedemiehet tiesivät teoreettisesti. Ja se on aina hyvä.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Ensimmäinen tunnistus neutronitähtien törmäyksestä syntyneestä raskaasta elementistä
- Tutkimus paperi: Strontiumin tunnistaminen kahden neutronitähden fuusiossa
- Wikipedia: Neutronien sieppaus
- 1934 paperi: Super-Novaen kosmiset säteet