Przejdź do treści

Pierwsza identyfikacja strontu powstałego w wyniku zderzenia gwiazd neutronowych

Ilustracja: ESO

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 znają całkiem dobrze procesy fizyczne, które prowadzą do utworzenia się ciężkich pierwiastków, już od lat 50 XX wieku. W ciągu kolejnych 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.

Galaktyka NGC 4993 leżąca w gwiazdozbiorze Hydry.

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:


Źródło: ESO

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Ilustracja: ESO