Первая идентификация тяжелого элемента, рожденного в результате столкновения нейтронных звезд
Впервые тяжелый элемент, стронций, был обнаружен в космосе после слияния двух нейтронных звезд
Впервые 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 в журнале Nature. Открытие подтверждает, что 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 их 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 так называемых килоновых, взрывных последствиях этих слияний. Именно это сейчас и сделала команда европейских исследователей, используя данные инструмента X-shooter VLT от ESO.
После слияния GW170817, парк телескопов ESO начал отслеживать взрыв килоновой 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 не могли точно определить отдельные элементы до сих пор.
«Проведя повторный анализ данных за 2017 год в результате 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 Университета Копенгагена в Дании. На Земле стронций естественным образом содержится в почве и концентрируется в определенных минералах. Его соли используются, например, чтобы придать фейерверку ярко-красный цвет.
Астрономам известны физические процессы, которые создают элементы с 1950-х годов. В последующие десятилетия они обнаружили космические места каждого из этих крупных «ядерных кузниц», кроме одного.
«Это последний этап десятилетней погони за происхождением элементов», — говорит Уотсон. «Теперь мы знаем, что процессы, которые создали элементы, происходили в основном в обычных звездах, при взрывах сверхновых или во внешних слоях старых звезд. Но до сих пор мы не знали, где находится последний, неизученный процесс, известный как быстрый захват нейтронов, который создал 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 в ядрах звезд образуется много элементов, для создания элементов, более тяжелых, чем железо, таких как стронций, требуется еще более жаркая среда с большим количеством свободных нейтронов. Быстрый захват нейтронов происходит естественным образом только в экстремальных условиях, где атомы бомбардируются огромным количеством нейтронов.
«Это первый случай, когда мы можем напрямую связать вновь созданный материал, образованный в результате захвата нейтронов, со слиянием нейтронных звезд, подтверждая, что нейтронные звезды состоят из нейтронов, и связывая давно обсуждаемый процесс быстрого захвата нейтронов с такими слияниями», — говорят ученые.
Слияние GW170817 стало пятым обнаружением событием гравитационных волн. Расположенное в галактике NGC 4993, слияние было первым и пока единственным источником гравитационных волн, у которого его видимый аналог обнаружен телескопами на Земле.
Теперь, благодаря совместным усилиям LIGO, Virgo и VLT у нас есть самое ясное понимание внутренней работы нейтронных звезд и их взрывных слияний.
Identification of strontium in the merger of two neutron stars, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1676-3 , https://nature.com/articles/s41586-019-1676-3