W sąsiedztwie naszego Słońca w Galaktyce Drogi Mlecznej znajduje się stosunkowo jasna gwiazda, w której astronomom udało się zidentyfikować najszerszy jak dotąd zakres pierwiastków występujących w gwiazdach spoza naszego Układu Słonecznego.
Badania przeprowadzone przez astronoma z Uniwersytetu Michigan, Iana Roederera, pozwoliły na zidentyfikowanie 65 pierwiastków w gwieździe HD 222925. Czterdzieści dwa spośród zidentyfikowanych to pierwiastki ciężkie, które są wymienione na samym dole układu okresowego.
Zidentyfikowanie tych pierwiastków w jednej gwieździe pomoże astronomom zrozumieć proces zwany „szybkim wychwytem neutronów”, czyli jeden z głównych sposobów powstawania ciężkich pierwiastków we Wszechświecie. Wyniki badań zostały opublikowane na arXiv i przyjęte do publikacji w „Astrophysical Journal Supplement Series”.
Według mojej najlepszej wiedzy jest to rekord dla jakiegokolwiek obiektu spoza naszego Układu Słonecznego. A to, co czyni tę gwiazdę tak wyjątkową, to fakt, że ma ona bardzo wysoki względny udział pierwiastków wymienionych w dolnych ⅔ układu okresowego. Wykryliśmy nawet złoto – powiedział Roederer. Pierwiastki te powstały w procesie szybkiego wychwytywania neutronów. To jest właśnie to, co staramy się badać: fizyka w zrozumieniu jak, gdzie i kiedy te pierwiastki powstały.
Proces ten rozpoczyna się od obecności lżejszych pierwiastków, takich jak żelazo. Następnie do jąder lżejszych pierwiastków szybko – w ciągu jednej sekundy – dodawane są neutrony. W ten sposób powstają cięższe pierwiastki, takie jak selen, srebro, tellur, platyna, złoto i tor, które znaleziono w HD 222925 i według astronomów są rzadko wykrywane w gwiazdach.
Potrzeba wielu wolnych neutronów i zestawu warunków o bardzo wysokiej energii, aby je uwolnić i dodać do jąder atomów – powiedział Roederer. Nie ma bardzo wielu środowisk, w których może się to zdarzyć, może dwa.
Jedno z tych środowisk zostało potwierdzone: łączenie się gwiazd neutronowych. Gwiazdy neutronowe są zapadniętymi rdzeniami olbrzymów oraz najmniejszymi i najgęstszymi znanymi obiektami niebieskimi. Zderzenia par gwiazd neutronowych powodują powstawanie fal grawitacyjnych, a w 2017 roku astronomowie po raz pierwszy wykryli fale grawitacyjne pochodzące od łączących się gwiazd neutronowych. Innym sposobem, w jaki może zachodzić proces r, jest wybuchowa śmierć masywnych gwiazd.
To ważny krok naprzód: rozpoznanie, gdzie może wystąpić proces r. Ale o wiele większym krokiem jest stwierdzenie: co to wydarzenie tak naprawdę spowodowało? Co zostało tam wyprodukowane? –powiedział Roederer. I tu właśnie wkracza nasze badanie.
Pierwiastki, które Roederer i jego zespół zidentyfikowali w HD 222925, zostały wytworzone albo w masywnej supernowej, albo w fuzji gwiazd neutronowych na bardzo wczesnym etapie istnienia Wszechświata. Materia została wyrzucona w przestrzeń kosmiczną, gdzie później przeobraziła się w gwiazdę, którą Roederer bada obecnie.
Gwiazdę tę można wykorzystać jako przybliżenie tego, co powstałoby w wyniku jednego z tych zdarzeń. Jakikolwiek model opracowany w przyszłości, który pokaże, w jaki sposób proces r lub natura wytwarza pierwiastki z dolnych ⅔ układu okresowego, musi mieć taką samą sygnaturę jak HD 222925, mówi Roederer.
Co ważne, astronomowie użyli instrumentu na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a, który może zbierać widma ultrafioletowe. Dzięki temu instrumentowi astronomowie mogli zebrać światło w ultrafioletowej części widma – słabe światło pochodzące od chłodnej gwiazdy, takiej jak HD 222925.
Astronomowie użyli również jednego z teleskopów Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile, aby zbadać światło z HD 222925 w optycznej części widma.
Widma te kodują „chemiczny odcisk palca” pierwiastków w gwiazdach, a odczytanie ich pozwala astronomom nie tylko zidentyfikować pierwiastki zawarte w gwieździe, ale także określić, jak dużo danego pierwiastka zawiera gwiazda.
Anna Frebel jest współautorką badań i profesorem fizyki w Massachusetts Institute of Technology. Pomogła w ogólnej interpretacji wzoru obfitości pierwiastków w HD 222925 i tego, jak informuje on o naszym zrozumieniu pochodzenia pierwiastków w kosmosie.
Znamy teraz szczegółowy, pierwiastek po pierwiastku, wynik jakiegoś zdarzenia związanego z procesem r, które miało miejsce na początku Wszechświata – powiedziała Ferbel. Każdy model, który próbuje zrozumieć, co dzieje się z procesem r, musi być w stanie to odtworzyć.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Astronomers find ‘gold standard’ star in Milky Way
- The R-Process Alliance: A Nearly Complete R-Process Abundance Template Derived from Ultraviolet Spectroscopy of the R-Process-Enhanced Metal-Poor Star HD 222925
Źródło: University of Michigan
Na ilustracji: Gwiazda HD 222925 to gwiazda o jasności 9 magnitudo znajdująca się w gwiazdozbiorze Tukana. Źródło: STScI Digitized Sky Survey.
