Naukowcy zaobserwowali powstanie rzadkich pierwiastków chemicznych w drugim najjaśniejszym rozbłysku gamma, co rzuca nowe światło na sposób powstawania ciężkich pierwiastków.
Naukowcy przeprowadzili badania nad niezwykle jasnym rozbłyskiem gamma GRB 230307A, wywołanym przez połączenie dwóch gwiazd neutronowych. Wybuch ten został zaobserwowany przy użyciu różnych teleskopów naziemnych i kosmicznych, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), Teleskop Fermiego i Obserwatorium Swift.
25 października 2023 roku międzynarodowy zespół badawczy opublikował swoje odkrycia w prestiżowym czasopiśmie „Nature”. Ich badania ujawniły odkrycie ciężkiego pierwiastka chemicznego – telluru – który powstał w wyniku eksplozji. Inne pierwiastki, takie jak jod i tor, które są niezbędne do podtrzymania życia na Ziemi, prawdopodobnie również znajdą się wśród materii wyrzuconej przez eksplozję, znaną również jako kilonowa.
Doktor Ben Gompertz, adiunkt astronomii na Uniwersytecie w Birmingham i współautor badania, wyjaśnia, że błyski gamma powstają w wyniku potężnych strumieni podróżujących niemal z prędkością światła. W przypadku tego badania błyski gamma były spowodowane zderzeniem dwóch gwiazd neutronowych. Gwiazdy te spędziły kilka miliardów lat, zbliżając się do siebie po spirali, a następnie zderzyły się, tworząc rozbłysk gamma, który został zaobserwowany w marcu tego roku. Miejsce połączenia znajduje się w przybliżeniu w długości około 120 tysięcy lat świetlnych poza macierzystą galaktyką, co sugeruje, że musiały zostać wyrzucone razem.
Zderzające się gwiazdy neutronowe zapewniają warunki potrzebne do syntezy bardzo ciężkich pierwiastków, a radioaktywny blask tych nowych pierwiastków zasilił kilonową, którą wykryliśmy, gdy wybuch wygasł. Kilonowe są niezwykle rzadkie i bardzo trudne do zaobserwowania i zbadania – dlatego odkrycie to jest tak ekscytujące – tłumaczy Gompertz.
Rozbłysk gamma GRB 230307A był jednym z najjaśniejszych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano – był ponad milion razy jaśniejszy niż cała Galaktyka Drogi Mlecznej razem wzięta. To drugi przypadek wykrycia pojedynczych ciężkich pierwiastków za pomocą obserwacji spektroskopowych po fuzji gwiazd neutronowych. Odkrycie to dostarcza nieocenionego wglądu w proces tworzenia tych istotnych elementów budulcowych, niezbędnych do istnienia życia.
Główny autor badania, profesor astrofizyki Andrew Levan z Uniwersytetu Radboud w Niderlandach, podkreślił znaczenie odkrycia: Mija nieco ponad 150 lat od czasu, gdy Dymitr Mendelejew opracował układ okresowy pierwiastków – a teraz, dzięki JWST, wreszcie możemy zacząć uzupełniać ostatnie luki w naszym zrozumieniu tego, skąd pochodzą wszystkie te pierwiastki.
Rozbłysk GRB 230307A trwał 200 sekund, co sprawia, że został sklasyfikowany jako długi błysk gamma. To niezwykłe, ponieważ krótkie błyski gamma, trwające krócej niż dwie sekundy, częściej wynikają z połączenia gwiazd neutronowych. Z kolei długie błyski gamma, takie jak ten, zazwyczaj są spowodowane śmiercią masywnej gwiazdy.
Naukowcy chcą zgłębić mechanizmy, które kierują fuzją gwiazd neutronowych, oraz ustalić, jak te procesy napędzają potężne eksplozje, podczas których tworzone są różnorodne pierwiastki.
Doktor Samantha Oates, współautorka badania, powiedziała: Zaledwie kilka lat temu odkrycie to nie byłoby możliwe, ale dzięki JWST możemy obserwować te fuzje bardzo szczegółowo.
Doktor Gompertz podsumowuje: Do niedawna nie mieliśmy pojęcia, że fuzje mogą generować rozbłyski gamma trwające dłużej niż dwie sekundy. Naszym kolejnym celem jest odnalezienie większej liczby takich długotrwałych fuzji oraz lepsze zrozumienie tego, co je napędza – oraz czy powstają w nich nawet ciężkie pierwiastki. To odkrycie otworzyło drzwi do rewolucyjnego zrozumienia naszego Wszechświata i sposobu, w jaki funkcjonuje.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Massive space explosion observed creating elements needed for life
- Heavy element production in a compact object merger observed by JWST
Źródło: University of Birmingham
Na ilustracji: Przed połączeniem gwiazdy przebyły odległość równą w przybliżeniu długości Drogi Mlecznej (około 120 000 lat świetlnych) poza swoją macierzystą galaktyką. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)
