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 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.
„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.
