Οι αστρονόμοι εντόπισαν το Στρόντιο μετά από μια σύγκρουση μεταξύ δύο αστεριών νετρονίων. Είναι η πρώτη φορά που ένα βαρύ στοιχείο εντοπίστηκε ποτέ σε μια kilonova, το εκρηκτικό αποτέλεσμα αυτών των τύπων συγκρούσεων. Η ανακάλυψη δημιουργεί μια τρύπα στην κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται βαριά στοιχεία.
Το 2017, το παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων του ιντερφερόμετρου λέιζερ (LIGO) και το Ευρωπαϊκό παρατηρητήριο VIRGO εντόπισαν βαρυτικά κύματα που προέρχονται από τη συγχώνευση δύο αστεριών νετρονίων. Η εκδήλωση συγχώνευσης ονομάστηκε GW170817 και ήταν περίπου 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον γαλαξία NGC 4993.
Η προκύπτουσα kilonova ονομάζεται AT2017gfo και το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) έδειξε αρκετά από τα τηλεσκόπια τους σε αυτό για να το παρατηρήσει σε διαφορετικά μήκη κύματος. Συγκεκριμένα, έδειξαν το πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) και το όργανο X-shooter στο kilonova.
Το X-shooter είναι ένας φασματογράφος πολλαπλών μηκών κύματος που παρατηρεί στο Ultraviolet B (UVB,) ορατό φως και Near Infrared (NIR.) Αρχικά, τα δεδομένα X-shooter έδειξαν ότι υπήρχαν βαρύτερα στοιχεία στην kilonova. Αλλά μέχρι τώρα, δεν μπορούσαν να εντοπίσουν μεμονωμένα στοιχεία.
"Αυτό είναι το τελικό στάδιο μιας δεκαετίας κυνηγιού για να εντοπίσουμε την προέλευση των στοιχείων."
Darach Watson, επικεφαλής συγγραφέας, Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.
Αυτά τα νέα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε μια νέα μελέτη με τίτλο «Προσδιορισμός του στροντίου στη συγχώνευση δύο αστεριών νετρονίων». Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Darach Watson από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης στη Δανία. Η εφημερίδα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Φύση στις 24 Οκτωβρίου 2019.
«Με την εκ νέου ανάλυση των δεδομένων του 2017 από τη συγχώνευση, έχουμε πλέον εντοπίσει την υπογραφή ενός βαρύ στοιχείου σε αυτό το fireball, το στρόντιο, αποδεικνύοντας ότι η σύγκρουση των αστεριών νετρονίων δημιουργεί αυτό το στοιχείο στο Σύμπαν», δήλωσε ο Watson σε δελτίο τύπου.
Η σφυρηλάτηση των χημικών στοιχείων ονομάζεται νουκλεοσύνθεση. Οι επιστήμονες το γνωρίζουν εδώ και δεκαετίες. Γνωρίζουμε ότι τα στοιχεία σχηματίζονται σε σουπερνόβες, στα εξωτερικά στρώματα γηράσκων αστεριών και σε κανονικά αστέρια. Υπάρχει όμως ένα κενό στην κατανόησή μας όσον αφορά τη δέσμευση νετρονίων και τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται βαρύτερα στοιχεία. Σύμφωνα με τον Watson, αυτή η ανακάλυψη γεμίζει αυτό το κενό.
«Αυτό είναι το τελευταίο στάδιο μιας δεκαετίας κυνηγιού για να εντοπίσουμε την προέλευση των στοιχείων», λέει ο Watson. «Γνωρίζουμε τώρα ότι οι διαδικασίες που δημιούργησαν τα στοιχεία συνέβησαν κυρίως σε συνηθισμένα αστέρια, σε εκρήξεις σουπερνόβα ή στα εξωτερικά στρώματα παλαιών αστεριών. Όμως, μέχρι τώρα, δεν γνωρίζαμε τη θέση της τελικής, μη ανακαλυφθείσας διαδικασίας, γνωστή ως ταχεία σύλληψη νετρονίων, που δημιούργησε τα βαρύτερα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα. "
Υπάρχουν δύο τύποι δέσμευσης νετρονίων: γρήγορος και αργός. Κάθε τύπος δέσμευσης νετρονίων είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία περίπου των μισών στοιχείων βαρύτερων από το σίδηρο. Η ταχεία σύλληψη νετρονίων επιτρέπει στον ατομικό πυρήνα να συλλάβει νετρόνια γρηγορότερα από ό, τι μπορεί να αποσυντεθεί, δημιουργώντας βαριά στοιχεία. Η διαδικασία επεξεργάστηκε πριν από δεκαετίες, και οι περιστατικές ενδείξεις έδειξαν ότι οι kilonovae είναι το πιθανό μέρος για την ταχεία διαδικασία σύλληψης νετρονίων. Αλλά δεν παρατηρήθηκε ποτέ σε μια αστροφυσική τοποθεσία, μέχρι τώρα.
Τα αστέρια είναι αρκετά ζεστά για να παράγουν πολλά από τα στοιχεία. Αλλά μόνο τα πιο ακραία καυτά περιβάλλοντα μπορούν να δημιουργήσουν βαρύτερα στοιχεία όπως το Strontium. Μόνο αυτά τα περιβάλλοντα, όπως αυτή η kilonova, έχουν αρκετά ελεύθερα νετρόνια. Σε μια kilonova, τα άτομα βομβαρδίζονται συνεχώς από τεράστιο αριθμό νετρονίων, επιτρέποντας στη γρήγορη διαδικασία σύλληψης νετρονίων να δημιουργήσει τα βαρύτερα στοιχεία.
«Είναι η πρώτη φορά που μπορούμε να συνδέσουμε άμεσα το νεοδημιουργηθέν υλικό που σχηματίζεται μέσω σύλληψης νετρονίων με μια συγχώνευση αστεριών νετρονίων, επιβεβαιώνοντας ότι τα αστέρια νετρονίων είναι κατασκευασμένα από νετρόνια και συνδέουν τη μακροχρόνια διαδικασία ταχείας σύλληψης νετρονίων με τέτοιες συγχωνεύσεις», λέει η Camilla Juul. Ο Hansen από το Ινστιτούτο Max Planck για την Αστρονομία στη Χαϊδελβέργη, που έπαιξε σημαντικό ρόλο στη μελέτη.
Παρόλο που τα δεδομένα του X-shooter υπάρχουν εδώ και δύο χρόνια, οι αστρονόμοι δεν ήταν σίγουροι ότι έβλεπαν στρόντιο στο kilonova. Νόμιζαν ότι το είδαν, αλλά δεν μπορούσαν να είναι σίγουροι αμέσως. Η κατανόησή μας για τις συγχωνεύσεις αστέρι kilonovae και νετρονίων απέχει πολύ από την ολοκλήρωση. Υπάρχουν πολυπλοκότητες στα φάσματα X-shooter της kilonova που έπρεπε να αντιμετωπιστούν, ειδικά όταν πρόκειται για τον προσδιορισμό των φασμάτων των βαρύτερων στοιχείων.
«Στην πραγματικότητα βρήκαμε την ιδέα ότι μπορεί να βλέπουμε στρόντιο πολύ γρήγορα μετά την εκδήλωση. Ωστόσο, αποδεικνύοντας ότι αυτό ήταν προφανώς η υπόθεση αποδείχθηκε πολύ δύσκολη. Αυτή η δυσκολία οφειλόταν στην εξαιρετικά ελλιπή γνώση μας για τη φασματική εμφάνιση των βαρύτερων στοιχείων στον περιοδικό πίνακα », λέει ο ερευνητής του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης Jonatan Selsing, ο οποίος ήταν βασικός συγγραφέας της εφημερίδας.
Μέχρι τώρα, η ταχεία σύλληψη νετρονίων συζητήθηκε πολύ, αλλά δεν παρατηρήθηκε ποτέ. Αυτή η εργασία συμπληρώνει μια από τις τρύπες στην κατανόηση της νουκλεοσύνθεσης. Αλλά προχωρά πέρα από αυτό. Επιβεβαιώνει τη φύση των αστεριών νετρονίων.
Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου από τον Τζέιμς Τσάντγουικ το 1932, οι επιστήμονες πρότειναν την ύπαρξη του αστεριού νετρονίων. Σε ένα έγγραφο του 1934, οι αστρονόμοι Fritz Zwicky και Walter Baade υποστήριξαν την άποψη ότι «ένα σούπερ-nova αντιπροσωπεύει τη μετάβαση ενός συνηθισμένου αστέρα σε ένααστέρι νετρονίων, αποτελούμενο κυρίως από νετρόνια. Ένα τέτοιο αστέρι μπορεί να έχει πολύ μικρή ακτίνα και εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα. "
Τρεις δεκαετίες αργότερα, τα αστέρια νετρονίων συνδέθηκαν και ταυτοποιήθηκαν με πάλσαρ. Αλλά δεν υπήρχε τρόπος να αποδειχθεί ότι τα αστέρια νετρονίων αποτελούσαν νετρόνια, επειδή οι αστρονόμοι δεν μπορούσαν να λάβουν φασματοσκοπική επιβεβαίωση.
Όμως αυτή η ανακάλυψη, αναγνωρίζοντας το στρόντιο, το οποίο θα μπορούσε να συντεθεί μόνο υπό ακραία ροή νετρονίων, αποδεικνύει ότι τα αστέρια νετρονίων είναι πράγματι κατασκευασμένα από νετρόνια. Όπως λένε οι συγγραφείς στην εφημερίδα τους, «Η αναγνώριση ενός στοιχείου που θα μπορούσε να είχε συντεθεί τόσο γρήγορα κάτω από μια ακραία ροή νετρονίων, παρέχει την πρώτη άμεση φασματοσκοπική ένδειξη ότι τα αστέρια νετρονίων περιλαμβάνουν πλούσια σε νετρόνια ύλη».
Αυτό είναι σημαντικό έργο. Η ανακάλυψη έχει βάλει δύο οπές στην κατανόηση της προέλευσης των στοιχείων. Επιβεβαιώνει παρατηρητικά τι γνώριζαν οι επιστήμονες θεωρητικά. Και αυτό είναι πάντα καλό.
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Πρώτη ταυτοποίηση ενός βαρύ στοιχείου που γεννήθηκε από σύγκρουση αστεριών νετρονίων
- Ερευνητικό έγγραφο: Προσδιορισμός του στροντίου στη συγχώνευση δύο αστεριών νετρονίων
- Wikipedia: Σύλληψη νετρονίων
- 1934 Paper: Κοσμικές ακτίνες από το Super-Novae
