2847 10

Первая идентификация тяжелого элемента, рожденного в результате взрыва килоновой

Впервые свежеприготовленный тяжелый элемент, стронций, был обнаружен в космосе после слияния двух нейтронных звезд. Это открытие было обнаружено спектрографом X-shooter ESO на Очень Большом Телескопе (VLT) и опубликовано сегодня в Nature. Обнаружение подтверждает, что более тяжелые элементы во Вселенной могут образовываться в результате слияния нейтронных звезд, обеспечивая недостающую часть загадки образования химических элементов.

В 2017 году, после обнаружения гравитационных волн, проходящих через Землю, ESO направила свои телескопы в Чили, включая VLT, на источник: слияние нейтронных звезд по имени GW170817. Астрономы подозревали, что если в столкновениях нейтронных звезд образовались более тяжелые элементы, сигнатуры этих элементов могли быть обнаружены в килоновых, взрывных последствиях этих слияний. Именно это сейчас и сделала команда европейских исследователей, используя данные инструмента X-shooter VLT от ESO.

После слияния GW170817, группа телескопов ESO начал отслеживать новый взрыв от килоновых волн в широком диапазоне длин волн. В частности, X-Shooter снял ряд спектров от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного. Первоначальный анализ этих спектров предполагал наличие тяжелых элементов в килоновых, но астрономы до сих пор не могли точно определить отдельные элементы.

«Путем повторного анализа данных за 2017 год от слияния мы теперь определили сигнатуру одного тяжелого элемента в этом огненном шаре - стронция - доказывая, что столкновение нейтронных звезд создает этот элемент во Вселенной», - говорит ведущий автор исследования Дарач Уотсон из Университет Копенгагена в Дании. На Земле стронций естественным образом содержится в почве и концентрируется в определенных минералах. Его соли используются, чтобы придать фейерверку ярко-красный цвет.

Астрономы знали физические процессы, которые создают элементы с 1950-х годов. В течение следующих десятилетий они обнаружили космический дом каждого из этих элементов, за исключением одного. "Это заключительный этап многолетней погони, чтобы установить происхождение элементов", - говорит Уотсон. "Теперь мы знаем, что процессы, которые создали элементы, происходили в основном в обычных звездах, во взрывах сверхновых или во внешних слоях старых звезд. Но до сих пор мы не знали, где находится последний, нераскрытый процесс, известный как быстрый захват нейтронов, который создает более тяжелые элементы в периодической таблице."

Быстрый захват нейтронов - это процесс, при котором атомное ядро захватывает нейтроны достаточно быстро, чтобы создать очень тяжелые элементы. Хотя многие элементы образуются в ядрах звезд, для создания элементов тяжелее железа, таких как стронций, требуется еще более горячая среда с большим количеством свободных нейтронов. Быстрый захват нейтронов происходит естественным образом только в экстремальных условиях, когда атомы бомбардируются огромным количеством нейтронов.

"Это первый случай, когда мы можем напрямую связать вновь созданный элемент, образованный посредством захвата нейтронов, со слиянием нейтронных звезд, подтверждая, что нейтронные звезды состоят из нейтронов", - говорит Камилла Юл Хансен из института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, которая сыграла важную роль в исследовании.

Ученые только сейчас начинают лучше понимать слияния нейтронных звезд и килоновых. Из-за ограниченного понимания этих новых явлений и других сложностей в спектрах, которые X-shooter VLT получила от взрыва, астрономы до сих пор не смогли идентифицировать отдельные элементы.

"Мы пришли к идее, что можем увидеть здесь стронций сразу после взрыва. Однако доказать, что это действительно так, оказалось очень трудно. Эта трудность была вызвана нашим неполным знанием спектрального вида более тяжелых элементов в периодической таблице", - говорит исследователь Копенгагенского университета Йонатан Сельсинг, который был ключевым автором статьи.

Слияние GW170817 стало пятым обнаружением гравитационных волн, что стало возможным благодаря лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США и интерферометру Virgo в Италии. Расположенное в галактике NGC 4993, слияние было первым и пока единственным источником гравитационных волн, которые были зарегистрированы телескопами на Земле.

Благодаря совместным усилиям LIGO, Virgo и VLT у нас есть самое ясное понимание внутренней работы нейтронных звезд и их взрывных слияний.

Это исследование было представлено в статье, которая появится в Nature 24 октября 2019 года.

(Добавил: RoboAstroNews)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен