Astronomi ir pamanījuši Stronciju pēc divu neitronu zvaigžņu sadursmes. Šī ir pirmā reize, kad smago elementu kādreiz identificē kilonovā, kas ir sprādzienbīstama šāda veida sadursmju sekas. Atklājums aizšķērso mūsu izpratni par to, kā veidojas smagie elementi.
2017. gadā lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija (LIGO) un Eiropas VIRGO observatorija noteica gravitācijas viļņus, kas nāk no divu neitronu zvaigžņu apvienošanās. Apvienošanās notikums tika nosaukts par GW170817, un tas atradās aptuveni 130 miljonu gaismas gadu attālumā galaktikā NGC 4993.
Iegūto kilonovu sauc par AT2017gfo, un Eiropas Dienvidu observatorija (ESO) vairākus savus teleskopus norādīja uz to, lai novērotu to dažādos viļņu garumos. Īpaši viņi norādīja uz ļoti lielo teleskopu (VLT) un tā X šāvēja instrumentu pie kilonovas.
X-šāvēja ir daudzviļņu spektrogrāfs, kas novēro ultravioletā B (UVB) redzamo gaismu un tuvu infrasarkano staru (NIR.) Sākotnēji X šāvēja dati liecināja, ka kilonovā bija smagāki elementi. Bet līdz šim viņi nevarēja identificēt atsevišķus elementus.
"Šis ir pēdējais posms gadu desmitiem ilgajā pakaļdzīšanās laikā, lai noskaidrotu elementu izcelsmi."
Darach Watson, Kopenhāgenas Universitātes vadošais autors.
Šie jaunie rezultāti ir parādīti jaunā pētījumā ar nosaukumu “Stroncija identificēšana, apvienojoties divām neitronu zvaigznēm”. Galvenais autors ir Darach Watson no Kopenhāgenas universitātes Dānijā. Šis raksts tika publicēts žurnālā Daba 2019. gada 24. oktobrī.
“Reanalizējot apvienošanās 2017. gada datus, mēs tagad esam identificējuši viena smagā elementa, kas satur šo uguni, stroncija parakstu, pierādot, ka neitronu zvaigžņu sadursme rada šo elementu Visumā,” preses paziņojumā sacīja Vatsons.
Ķīmisko elementu kalšanu sauc par nukleosintēzi. Zinātnieki par to ir zinājuši gadu desmitiem ilgi. Mēs zinām, ka elementi veidojas supernovās, novecojošu zvaigžņu ārējos slāņos un parastajās zvaigznēs. Bet mūsu izpratnē par neitronu uztveršanu un to, kā veidojas smagāki elementi, ir bijusi plaisa. Pēc Vatsona teiktā, šis atklājums aizpilda šo plaisu.
"Šis ir pēdējais posms gadu desmitiem ilgajā pakaļdzīšanās laikā, lai noskaidrotu elementu izcelsmi," saka Vatsons. “Tagad mēs zinām, ka procesi, kas radīja elementus, notika galvenokārt parastajās zvaigznēs, supernovas sprādzienos vai veco zvaigžņu ārējos slāņos. Bet līdz šim mēs nezinājām pēdējā, neatklātā procesa, kas pazīstams kā ātra neitronu uztveršana, atrašanās vietu, kas periodiskajā tabulā izveidoja smagākos elementus. ”
Pastāv divu veidu neitronu uztveršana: ātra un lēna. Katrs neitronu uztveršanas veids rada apmēram pusi no elementiem, kas ir smagāki par dzelzi. Ātra neitronu uztveršana ļauj atomu kodolam ātrāk uztvert neitronus, nekā tas var sabrukt, veidojot smagos elementus. Process tika izstrādāts pirms gadu desmitiem, un netieši pierādījumi norādīja uz kilonovām kā iespējamo vietu ātrajam neitronu uztveršanas procesam. Bet tas līdz šim netika novērots astrofiziskā vietā.
Zvaigznes ir pietiekami karstas, lai iegūtu daudzus elementus. Bet tikai ārkārtīgi karstā vidē var radīt smagākus elementus, piemēram, Strontium. Tikai tajās vidēs, kā šī kilonova, apkārt ir pietiekami daudz brīvu neitronu. Kilonovā atomus pastāvīgi bombardē liels skaits neitronu, ļaujot ātrajam neitronu uztveršanas procesam radīt smagākus elementus.
"Šī ir pirmā reize, kad mēs varam tieši saistīt jaunizveidoto materiālu, kas izveidots, izmantojot neitronu uztveršanu, ar neitronu zvaigžņu apvienošanos, apstiprinot, ka neitronu zvaigznes ir veidotas no neitroniem, un sasaistot ilgi apspriesto ātro neitronu uztveršanas procesu šādām apvienošanām," saka Camilla Juul Hansens no Maksa Planka astronomijas institūta Heidelbergā, kurš spēlēja galveno lomu pētījumā.
Kaut arī X šāvēja dati ir bijuši jau pāris gadus, astronomi nebija pārliecināti, ka kilonovā redz stronciju. Viņi domāja, ka redz to, bet nevarēja būt pārliecināti uzreiz. Mūsu izpratne par kilonovu un neitronu zvaigžņu apvienošanos nebūt nav pilnīga. Kilonovas X šāvēja spektros ir sarežģījumi, kas bija jāizstrādā, it īpaši, ja ir jāidentificē smagāku elementu spektri.
“Mēs patiesībā nācām klajā ar domu, ka, iespējams, diezgan ātri pēc notikuma mēs redzēsim stronciju. Tomēr parādīt, ka tas ir uzskatāmi pierādīts, izrādījās ļoti grūti. Šīs grūtības radīja mūsu ļoti nepilnīgās zināšanas par smagāko elementu spektrālo izskatu periodiskajā tabulā, ”saka Kopenhāgenas Universitātes pētnieks Jonatan Selsing, kurš bija galvenais autors šajā dokumentā.
Līdz šim par ātru neitronu uztveršanu daudz tika diskutēts, bet tas nekad netika novērots. Šis darbs aizpilda vienu no caurumiem mūsu izpratnē par nukleosintēzi. Bet tas pārsniedz to. Tas apstiprina neitronu zvaigžņu raksturu.
Pēc tam, kad neitronu 1932. gadā atklāja Džeimss Čadviks, zinātnieki ierosināja neitronu zvaigznes esamību. 1934. gada rakstā astronomi Fritz Zwicky un Walter Baade izvirzīja uzskatu, ka “supernova atspoguļo parastas zvaigznes pāreju uzneitronu zvaigzne, kas galvenokārt sastāv no neitroniem. Šādai zvaigznei var būt ļoti mazs rādiuss un ārkārtīgi augsts blīvums. ”
Pēc trim desmitgadēm neitronu zvaigznes tika savienotas un identificētas ar pulsāriem. Bet nevarēja pierādīt, ka neitronu zvaigznes ir veidotas no neitroniem, jo astronomi nevarēja iegūt spektroskopisku apstiprinājumu.
Bet šis atklājums, identificējot stronciju, ko varēja sintezēt tikai ārkārtējā neitronu plūsmā, pierāda, ka neitronu zvaigznes patiešām ir veidotas no neitroniem. Kā autori saka savā dokumentā, "tāda elementa identificēšana, kuru tik ātri varēja sintezēt ārkārtējā neitronu plūsmā, sniedz pirmos tiešos spektroskopiskos pierādījumus tam, ka neitronu zvaigznes satur ar neitroniem bagātu vielu."
Tas ir svarīgs darbs. Atklājums ir aizslēdzis divus caurumus mūsu izpratnē par elementu izcelsmi. Tas novērojoši apstiprina to, ko zinātnieki zināja teorētiski. Un tas vienmēr ir labi.
Vairāk:
- Preses relīze: Smagā elementa pirmā identifikācija, kas dzimusi neitronu zvaigžņu sadursmē
- Pētniecības dokuments: Stroncija identifikācija divu neitronu zvaigžņu apvienošanā
- Wikipedia: neitronu uztveršana
- 1934. gada grāmata: Kosmiskie stari no supernova
