Kiedy dwie gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą, wywołują nie tylko fajerwerki. Potężna kolizja wytwarza również ciężkie pierwiastki, rozrzucając je po Wszechświecie. Astronomowie po raz pierwszy w historii zidentyfikowali w przestrzeni kosmicznej nowo powstały pierwiastek – stront.

Po raz pierwszy w historii astronomowie zidentyfikowali w przestrzeni kosmicznej ciężki pierwiastek – stront, który powstał w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Świeżo wytworzony pierwiastek został zaobserwowany przez spektrograf X-shooter, który znajduje się na teleskopie VLT (Very Large Telescope).

Odkrycia te potwierdzają tezę, że zderzenia gwiazd neutronowych rzeczywiście zapewniają warunki do tworzenia pierwiastków cięższych niż żelazo. To brakujący element układanki powstawania pierwiastków chemicznych.

Wyniki badań zostały opublikowane na łamach pisma “Nature”.

W 2017 roku, po wykryciu fal grawitacyjnych przechodzących przez Ziemię, Europejskie Obserwatorium Południowe skierowało swoje teleskopy w Chile, w tym VLT, na źródło “zmarszczek czasoprzestrzeni”, czyli miejsce gwiezdnej kolizji nazwanej GW170817. Astronomowie już wcześniej podejrzewali, że jeśli cięższe pierwiastki rzeczywiście tworzą się w wyniku zderzenia gwiazd neutronowych, będzie można wykryć ich sygnatury w kilonowych – gigantycznych eksplozjach tysiąc razy jaśniejszych od klasycznej nowej.

 

Nowo powstały stront w przestrzeni kosmicznej

Chociaż analiza widmowa połączenia GW 170817 wykazała cechy zgodne z produkcją ciężkich pierwiastków, to identyfikacja konkretnego pierwiastka okazała się nieco trudniejsza, ze względu na złożoność widm i nasze słabe poznanie kilonowych. Międzynarodowy zespół astronomów ponownie przeanalizował widma zebrane przez instrument X-Shooter i znalazł w nich sygnaturę strontu.

– Dokonując ponownej analizy danych z 2017 roku, zidentyfikowaliśmy w tej kuli ognia sygnaturę jednego ciężkiego pierwiastka – strontu. Udowodniliśmy tym samym, że w zderzeniach gwiazd neutronowych powstaje ten pierwiastek – powiedział główna autorka badań Darach Watson z Uniwersytetu Kopenhaskiego. – To ostatni etap trwającego od kilku dekad pościgu za ustaleniem pochodzenia ciężkich pierwiastków – dodała.

Na Ziemi stront występuje naturalnie w glebie i jest skoncentrowany w niektórych minerałach. Jego sole nadają fajerwerkom lśniący czerwony kolor. Dodaje się go również do rakiet sygnalizacyjnych.

 

Pochodzenie cięższych pierwiastków

Astronomowie od dawna zastanawiali się nad pochodzeniem najcięższych pierwiastków we Wszechświecie. Lżejsze, takie jak węgiel, tlen czy żelazo, tworzą się w gwiazdach, zanim zostaną wyrzucone w przestrzeń kosmiczną podczas gwałtownego wybuchu – supernowej. Jednak do stworzenia cięższych pierwiastków wymagane jest ekstremalne środowisko. To właśnie tam może wystąpić łańcuch reakcji znany jako proces r (r-process, rapid neutron captures process), w którym jądra atomowe szybko absorbują neutrony i ulegają rozpadowi radioaktywnemu, tworząc nowe pierwiastki.

– Teraz wiemy, że procesy, które stworzyły pierwiastki, zachodziły głównie w zwykłych gwiazdach, w wybuchach supernowych lub w zewnętrznych warstwach starych gwiazd. Ale do tej pory nie wiedzieliśmy, gdzie może zachodzić proces znany jako wychwyt prędkich neutronów (proces r), w którym powstają cięższe pierwiastki w układzie okresowym – przyznała Watson.

 

– Po raz pierwszy możemy bezpośrednio powiązać nowo utworzony pierwiastek powstały w wyniku wychwytu prędkich neutronów z fuzją gwiazd neutronowych – powiedziała Camilla Juul Hansen z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka w Heidelbergu.

Naukowcy dopiero teraz zaczynają lepiej rozumieć fuzje gwiazd neutronowych i kilonowe. Z powodu słabego poznania tych zjawisk i innych zawiłości w widmach, astronomowie do tej pory nie byli w stanie zidentyfikować poszczególnych elementów.

– Doszliśmy do wniosku, że po wydarzeniu (kilonwej) możemy dość szybko zobaczyć stront. Jednak wykazanie tego, żeby było to wyraźnie widoczne, okazało się bardzo trudne. Trudność ta wynikała z naszej słabej wiedzy o spektralnym wyglądzie cięższych elementów układu okresowego – podkreślił Jonatan Selsing z Uniwersytetu w Kopenhadze.

Fuzja GW170817 była piątym wykryciem fal grawitacyjnych. Było to możliwe dzięki obserwatorium LIGO w USA oraz Virgo we Włoszech. Fuzja znajdująca się w galaktyce NGC 4993 była pierwszym i jak dotąd jedynym źródłem fali grawitacyjnej oraz światła z tego samego kosmicznego kataklizmu.

 

 

Źródło: ESO