Nowo utworzony stront – pierwiastek, stosowany między innymi w fajerwerkach – został po raz pierwszy wykryty w kosmosie dzięki obserwacjom wykonanym za pomocą teleskopu VLT. Pierwiastek ten powstał w wyniku połączenia się ze sobą dwóch gwiazd neutronowych. Odkrycie zostało dziś opublikowane w „Nature”. Potwierdzono tym samym, że cięższe pierwiastki obecne dziś we Wszechświecie mogą tworzyć się w połączeniach gwiazd neutronowych, co daje naukowcom brakujący element zagadkowej układanki związanej z powstawaniem pierwiastków chemicznych.
W 2017 roku, po wykryciu fal grawitacyjnych przechodzących przez Ziemię, Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) skierowało swoje teleskopy znajdujące się w Chile, w tym teleskop VLT, na nowe źródło: merger gwiazd neutronowych o nazwie GW170817. Astronomowie podejrzewali, że jeśli cięższe pierwiastki faktycznie tworzą się w zderzeniach gwiazd neutronowych, można wykryć ich specyficzne sygnatury obserwując kilonowe, czyli silne wybuchy będące następstwem takich połączeń. To właśnie zrobił zespół europejskich naukowców, wykorzystując przy tym dane pochodzące z przyrządu X-shooter na teleskopie VLT.
Po eksplozji związanej ze zdarzeniem grawitacyjnym GW170817 flota teleskopów ESO zaczęła monitorować powstającą kilonową w szerokim zakresie długości fal elektromagnetycznych. X-shooter wykonał jej serię widm – od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni. Już wstępna analiza tych danych sugerowała obecność ciężkich pierwiastków w kilonowej, ale astronomowie aż do tej pory nie potrafili wskazać tam poszczególnych pierwiastków chemicznych.
Dokonując ponownej analizy danych z 2017 roku zidentyfikowaliśmy „podpis” jednego ciężkiego pierwiastka w powstającej kuli ognia – strontu, dowodząc tym, że zderzenia gwiazd neutronowych naprawdę mogą tworzyć ten pierwiastek we Wszechświecie – mówi główny autor badań, Darach Watson z Uniwersytetu Kopenhaskiego w Danii. Na Ziemi stront występuje naturalnie w glebie i w niektórych minerałach. To jego sole nadają fajerwerkom lśniący, czerwony kolor.
Astronomowie już od lat 50 XX wieku znają całkiem dobrze procesy fizyczne, które prowadzą do utworzenia się ciężkich pierwiastków. W ciągu następnych dziesięcioleci odkrywali poszczególne lokalizacje powstawania kolejnych z nich. Z wyjątkiem jednego. Stront był tym ostatnim, kończącym zarazem pewien etap w dziesięcioleciach pościgu za ustaleniem pochodzenia pierwiastków obecnych dziś we Wszechświecie – mówi Watson. Wiemy teraz, że procesy, które stworzyły pierwiastki, zachodziły głównie w zwykłych gwiazdach, w wybuchach supernowych lub w zewnętrznych warstwach starych gwiazd. Ale do tej pory nie znaliśmy miejsca powstawania ostatniego nieodkrytego dotąd procesu, znanego jako szybki wychwyt neutronów, w którym tworzą się cięższe pierwiastki układu okresowego.
Na ilustracji: Galaktyka NGC 4993 leżąca w gwiazdozbiorze Hydry. Źródło: ESO.
Szybki wychwyt neutronów to proces, w którym jądro atomowe wychwytuje neutrony na tyle błyskawicznie, by możliwe było wówczas powstawanie bardzo ciężkich pierwiastków. Choć wiele pierwiastków powstaje w jądrach gwiazd, tworzenie się tych cięższych niż żelazo (takich jak właśnie stront!) wymaga jeszcze gorętszego środowiska z dużą ilością swobodnych neutronów. Szybkie wychwytywanie neutronów zachodzi naturalnie tylko w ekstremalnych lokalizacjach, w których atomy są bombardowane przez ogromną liczbę neutronów jednocześnie. Po raz pierwszy potwierdzono teraz, że takimi środowiskami mogą być właśnie mergery gwiazd neutronowych.
Naukowcy dopiero teraz zaczynają rozumieć fuzje gwiazd neutronowych i związane z nimi tzw. kilonowe. Aż do tej pory nie byli w stanie zidentyfikować poszczególnych pierwiastków powstających w takich procesach. Całkiem niedawno wpadli na pomysł, że po takim zdarzeniu możemy dość szybko zobaczyć stront. Jednak wykazanie, że faktycznie tak się dzieje, okazało się trudne. Trudność ta wynikała z naszej niepełnej wiedzy na temat wyglądu widm cięższych pierwiastków układu okresowego – mówi Jonatan Selsing z Uniwersytetu w Kopenhadze, jeden z głównych autorów omawianego artykułu.
Zlanie się ze sobą dwóch gwiazd neutronowych, znane też jako zdarzenie grawitacyjne GW170817, było piątą detekcją fal grawitacyjnych, możliwą dzięki laserowym interferometrom LIGO i Virgo. Fuzja ta miała miejsce w galaktyce NGC 4993 i stanowi pierwsze – i jak dotąd jedyne – źródło rozbłysku fal grawitacyjnych, którego optycznie widoczny odpowiednik został wykryty także przez klasyczne teleskopy na Ziemi.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna praca naukowa
- Teleskopy ESO obserwują pierwsze światło źródła fal grawitacyjnych
- Zdjęcia teleskopu VLT
Źródło: ESO
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja: ESO.
