Вперше ідентифіковано важкий елемент, народжений від зіткнення нейронних зірок

Вперше в космосі було виявлено щойно створений важкий елемент, стронцій, утворений після злиття двох нейтронних зірок.

Цю знахідку спостерігали за допомогою спектрографа X-shooter Європейської південної обсерваторії (ESO) на Дуже великому телескопі (VLT), і вона була описана у журналі Nature. Виявлення підтверджує, що більш важкі елементи у Всесвіті можуть утворюватися у результаті злиття нейтронних зірок, і надає відсутній фрагмент загадки утворення хімічних елементів, говориться в прес-релізі ESO.

У 2017 році, після виявлення гравітаційних хвиль, що проходять через Землю, ESO направила свої телескопи в Чилі, включаючи VLT, на джерело: злиття нейтронних зірок під назвою GW170817. Астрономи підозрювали, що якщо більш важкі елементи утворювалися при зіткненнях нейтронних зірок, сигнатури цих елементів можуть бути виявлені в кілонових, вибухових наслідках такого злиття. Саме це й зробила команда європейських дослідників, використовуючи дані інструменту X-Shooter на VLT.

Після злиття GW170817, флот телескопів ESO почав моніторити вибух кілонової у широкому діапазоні довжин хвиль. Зокрема, X-Shooter виміряв ряд спектрів від ультрафіолету до ближнього інфрачервоного. Початковий аналіз цих спектрів припускав присутність важких елементів у кілоновій, але до цих пір астрономи не могли чітко визначити окремі елементи.

«Переаналізувавши дані 2017 року від злиття, зараз ми визначили сигнатуру одного важкого елемента в цій вогненній кулі, стронцію, доводячи, що зіткнення нейтронних зірок створюють цей елемент у Всесвіті», - каже ведучий автор дослідження Дарач Уотсон з Копенгагенського університету в Данії. На Землі стронцій природньо знаходиться у ґрунті та сконцентрований у певних мінералах. Його солі використовуються для додання феєрверкам блискучого червоного кольору.

Астрономам з 1950-их років відомі фізичні процеси, які створюють елементи. Протягом наступних десятиліть вони виявили космічні місця кожної з цих основних ядерних кузень, крім однієї. «Це завершальний етап десятирічної гонитви за визначенням походження елементів, - каже Уотсон. - Зараз ми знаємо, що процеси, що створювали елементи, здебільшого відбувалися у звичайних зірках, у вибухах наднових чи у зовнішніх шарах старих зірок. Але до цих пір ми не знали місцезнаходження остаточного, нерозкритого процесу, відомого як швидке захоплення нейтронів, який створив більш важкі елементи періодичної таблиці.»

Швидке захоплення нейтронів - це процес, при якому атомне ядро захоплює нейтрони досить швидко, щоб можна було створити дуже важкі елементи. Хоча багато елементів виробляються в ядрах зірок, для створення елементів важчих заліза, таких як стронцій, потрібні ще більш гарячі середовища з великою кількістю вільних нейтронів. Швидке захоплення нейтронів відбувається природним шляхом лише в екстремальних умовах, коли атоми бомбардуються величезною кількістю нейтронів.

«Це перший випадок, коли ми можемо безпосередньо асоціювати новостворений матеріал, утворений шляхом захоплення нейтронів, зі злиттям нейтронних зірок, підтверджуючи, що нейтронні зірки створені з нейтронів, і пов’язуючи давно обговорюваний процес швидкого захоплення нейтронів з такими злиттями», - каже Камілла Джул Гансен з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі, яка зіграла головну роль у дослідженні.

Вчені лише зараз починають краще розуміти злиття нейтронних зірок і кілонові. Через обмежене розуміння цих нових явищ та інших складностей у спектрах, які отримав X-shooter на VLT від вибуху, астрономи досі не змогли ідентифікувати окремі елементи.

«Ми насправді прийшли до ідеї, що після цієї події ми можемо побачити стронцій досить швидко. Однак показати, що це було наочно, виявилося дуже важко. Ця складність була пов'язана з нашими неповними знаннями про спектральне представлення важчих елементів періодичної таблиці», - каже дослідник з Копенгагенського університету Джонатан Селсінг, який був ключовим автором опублікованого дослідження.

Злиття GW170817 стало п’ятим виявленням гравітаційних хвиль, що стало можливим завдяки Лазерному інтерферометру у Гравітаційно-хвильовій обсерваторії (LIGO) у США та Інтерферометру Вірго в Італії. Розташоване в галактиці NGC 4993, це злиття було першим і поки що єдиним джерелом гравітаційних хвиль, видимий аналог якого виявлений телескопами на Землі.

Завдяки об'єднаним зусиллям LIGO, Вірго та VLT ми маємо найбільш чітке розуміння внутрішньої роботи нейтронних зірок та їх вибухових злиттів, підкреслили в Європейській південній обсерваторії.

Читайте ще цікаві новини про космос.