Először detektálták nehéz elem létrejöttét neutroncsillagok ütközése során

3019

Frissen keletkezett stronciumot, a tűzijátékokban is használt kémiai elemet detektáltak a világűrben az ESO műszereinek észlelései alapján.

Először sikerült detektálni egy nehéz kémiai elem, a stroncium létrejöttét a világűrben, mégpedig két neutroncsillag összeolvadását követően. A Nature magazinban tegnap megjelent eredményhez vezető megfigyeléseket az ESO VLT távcsőegyüttesének X-shooter spektrográfjával végezték. A felfedezés – beillesztve egy hiányzó darabot a kémiai elemek kialakulásának kirakós játékába – megerősíti azt, hogy az Univerzumban a nehezebb elemek keletkezhetnek neutroncsillagok összeolvadása során.

2017-ben, a Földet elérő gravitációs hullámok detektálása után az ESO chilei távcsöveit, köztük a VLT-t is a forrásra irányította: ez volt a GW170817 jelű összeolvadó neutroncsillag-páros. A kutatók úgy vélték, hogy ha a nehezebb elemek neutroncsillagok ütközésekor is létrejöhetnek, akkor a nyomaikat azonosítani lehet az összeolvadások „kirobbanó” következményeiben, az ún. kilonóvák színképében. Európai csillagászok egy csoportja most éppen ezt tette az ESO VLT távcsőegyüttese X-shooter műszerének adatait felhasználva.

A GW170817 jelű eseményt követően az ESO távcsőflottája széles hullámhossztartományban kezdte el folyamatosan figyelni az összeolvadást követő kilonóva-robbanást. Az X-shooter az ultraibolyától az infravörösig terjedő tartományban rögzített színképsorozatokat. A spektrumok első elemzése már utalt a nehéz elemek jelenlétére a kilonóvában, de a csillagászoknak mostanáig nem sikerült egyedi elemeket kimutatniuk.

Az ESO VLT távcsőegyüttesének X-shooter műszerével rögzített színképekből összeállított montázs az NGC 4993 galaxisban feltűnt kilonóva viselkedésének változását mutatja a robbanás 2017. augusztus 17-i detektálását követő 12 nap során. A közeli ultraibolyától a közeli infravörösig terjedő tartományt lefedő spektrumokból jól látszik, hogy halványodásával milyen drámai módon vörösödött az objektum. (ESO/E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO)

„Az összeolvadó párosról rögzített 2017-es adatokat újra elemezve most sikerült ebben a gigantikus tűzijátékban egy nehéz elem, a stroncium nyomát azonosítanunk, ami azt jelzi, hogy neutroncsillagok ütközése létrehozhatja ezt az elemet az Univerzumban” – magyarázta a kutatás vezetője, Darach Watson (University of Copenhagen, Dánia). A Földön a stroncium természetes előfordulási helye a talaj, de néhány kőzetben is feldúsul. Ragyogó vörös színt eredményező sóit a tűzijátékokban használják.

A kutatók az 1950-es évek óta ismerik a kémiai elemek létrejöttéért felelős fizikai folyamatokat. A következő évtizedekben sorra azonosították a nagy nukleáris kohók kozmikus előfordulási helyeit, egy kivételével. „A kémiai elemek eredetének sok évtizedes kutatása érkezett végső szakaszába” – mondta Watson. „Most már tudjuk, hogy a kémiai elemeket létrehozó folyamatok nagy része a közönséges csillagokban, szupernóva-robbanások során, vagy öreg csillagok külső rétegeiben zajlott. Egészen mostanáig azonban hiányzott az utolsó láncszem, az, hogy hol játszódik le a periódusos rendszer nehezebb elemeit létrehozó, gyors neutronbefogás nevű folyamat.”

A gyors neutronbefogás során az atommag elegendően gyorsan fog be neutronokat ahhoz, hogy a nagyon nehéz elemek is létrejöhessenek. Bár sok kémiai elem a csillagok magjában épül fel, a vasnál nehezebb elemek, például a stroncium születéséhez sokkal forróbb környezet szükséges, rengeteg szabad neutronnal. A gyors neutronbefogás természetes módon csak olyan szélsőséges körülmények között következik be, amikor az atomokat hatalmas mennyiségű neutron bombázza.

Európai kutatók egy csoportja az ESO VLT távcsőegyüttese X-shooter műszerének adatai alapján neutroncsillagok összeolvadása során keletkezett stroncium nyomaira bukkant. A fantáziarajz két apró, ám rendkívül sűrű neutroncsillagot mutat az összeolvadás pillanatában, amelyet kilonóva-robbanás követ. Az előtérben a frissen keletkezett stronciumra utaló sematikus atomábrázolások láthatók. (ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

„Ez az első alkalom, hogy neutronbefogással frissen létrejött anyagot neutroncsillagok összeolvadásával tudunk összekapcsolni, megerősítve egyrészt, hogy a neutroncsillagok valóban neutronokból állnak, másrészt a gyors neutronbefogás régóta vitatott folyamatát is el tudtuk helyezni ebben a képben” – tette hozzá a vizsgálat egyik vezető kutatója, Camilla Juul Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg).

A kutatók csak manapság kezdik jobban megérteni a neutroncsillagok összeolvadását és a kilonóvákat. Az új jelenségekre vonatkozó korlátozott ismereteink és a robbanásról az X-shooter által rögzített spektrumok összetettsége miatt azonban a csillagászok mostanáig nem voltak képesek egyedi elemeket azonosítani a folyamatban.

„Valójában arra a következtetésre jutottunk, hogy közvetlenül az esemény után láthatnánk a stroncium nyomát. Ezt azonban rettentő nehéz volt bizonyítani. A nehézséget főként az okozta, hogy elégtelen a tudásunk arról, hogy a periódusos rendszer nehéz elemeinek milyen a színképi lenyomata” – egészítette ki a szakcikk egyik vezető szerzője, Jonatan Selsing (University of Copenhagen).

A GW170817 összeolvadó neutroncsillag-pár az NSF egyesült államokbeli LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) obszervatóriuma és az olaszországi Virgo Interferométer együttműködésének ötödik gravitációshullám-detektálása volt. Az NGC 4993 katalógusjelű galaxisban bekövetkezett összeolvadás volt az első, ám a mai napig egyetlen gravitációshullám-forrás, amelynek optikai tartománybeli kísérőjeleit földi teleszkópok is detektálták.

A LIGO, a Virgo és a VLT közös erőfeszítéséinek köszönhetően a neutroncsillagok belsejének működéséről és gigantikus robbanással kísért összeolvadásukról is egyre világosabb képünk van.

Forrás: eso1917hu – Tudományos közlemények

Hozzászólás

hozzászólás