Dwie gwiazdy neutronowe zderzyły się ze sobą i wstrząsnęły wszechświatem, wywołując epicką eksplozję zwaną „kilonową”, która wypluła wiele ultradęstego, ultrakrzepłego materiału w przestrzeń. Astronomowie zgłosili najbardziej rozstrzygający jak dotąd dowód, że w następstwie tego wybuchu utworzył się element brakującego ogniwa, który mógłby pomóc wyjaśnić pewną mylącą chemię wszechświata.
Kiedy to drżenie - zmarszczki w samej strukturze czasoprzestrzeni, zwanej falami grawitacyjnymi - dotarło na Ziemię w 2017 r., Uruchomiło detektory fal grawitacyjnych i stało się pierwszą kiedykolwiek wykrytą kolizją gwiazd neutronowych. Teleskopy na całym świecie wirowały wokół, aby zbadaj światło powstałej kilonowej. Teraz dane z tych teleskopów ujawniły mocne dowody wirowania strontu w wyrzuconej materii, ciężkiego pierwiastka o kosmicznej historii, którą trudno było wyjaśnić, biorąc pod uwagę wszystko, co astronomowie wiedzą o wszechświecie.
Ziemia i przestrzeń są usiane różnymi pierwiastkami chemicznymi. Niektóre są łatwe do wyjaśnienia; wodór, zbudowany w najprostszej formie tylko z jednego protonu, istniał wkrótce po Wielkim Wybuchu, gdy zaczęły się tworzyć cząsteczki subatomowe. Hel z dwoma protonami jest również dość łatwy do wyjaśnienia. Nasze słońce produkuje je cały czas, rozbijając razem atomy wodoru poprzez syntezę jądrową w swoim gorącym, gęstym brzuchu. Jednak cięższe pierwiastki, takie jak stront, są trudniejsze do wyjaśnienia. Przez długi czas fizycy uważali, że te potężne pierwiastki powstały głównie podczas supernowych - jak kilonowa, ale na mniejszą skalę i wynikające z eksplozji masywnych gwiazd pod koniec ich życia. Ale stało się jasne, że same supernowe nie potrafią wyjaśnić, ile ciężkich pierwiastków znajduje się we wszechświecie.
Stront pojawiający się w następstwie tego pierwszego wykrytego zderzenia gwiazdy z neutronem może pomóc w potwierdzeniu alternatywnej teorii, że zderzenia między znacznie mniejszymi, ultracienkimi obiektami faktycznie wytwarzają większość ciężkich pierwiastków, które znajdziemy na Ziemi.
Fizyka nie potrzebuje supernowych ani fuzji neutronów z gwiazdami, aby wyjaśnić każdy otaczający atom. Nasze słońce jest stosunkowo młode i lekkie, więc głównie łączy wodór z helem. Jednak według NASA większe, starsze gwiazdy mogą stopić pierwiastki ciężkie jak żelazo z 26 protonami. Jednak żadna gwiazda nie nagrzewa się ani nie jest wystarczająco gęsta przed końcem życia, aby wytworzyć jakiekolwiek pierwiastki pomiędzy 27-protonowym kobaltem a 92-protonowym uranem.
A jednak ciągle znajdujemy cięższe pierwiastki na Ziemi, jak zauważyła para fizyków w artykule z 2018 roku opublikowanym w czasopiśmie Nature. Tak więc tajemnica.
Około połowa tych bardzo ciężkich pierwiastków, w tym strontu, powstaje w procesie zwanym „szybkim wychwytem neutronów” lub „procesem r” - serią reakcji jądrowych, które zachodzą w ekstremalnych warunkach i mogą tworzyć atomy z gęstymi jądrami z protonami i neutronami. Ale naukowcy muszą jeszcze dowiedzieć się, jakie systemy we wszechświecie są wystarczająco ekstremalne, aby wytworzyć ogromną objętość elementów procesu r widzianych w naszym świecie.
Niektórzy sugerowali, że winowajcami są supernowe. „Do niedawna astrofizycy ostrożnie twierdzili, że izotopy powstałe w procesach R powstały przede wszystkim z supernowych zapadających się jąder” - napisali autorzy Nature w 2018 r.
Oto jak działałby ten pomysł na supernową: detonujące, umierające gwiazdy wytwarzają temperatury i ciśnienia przekraczające wszystko, co wytwarzały w życiu, i wyrzucają złożone materiały do wszechświata w krótkich, gwałtownych błyskach. To część historii, którą opowiadał Carl Sagan w latach 80., kiedy powiedział, że wszyscy jesteśmy stworzeni z „gwiezdnych rzeczy”.
Ostatnie prace teoretyczne, według autorów artykułu z Natury z 2018 r., Pokazały, że supernowe mogą nie wytwarzać wystarczającej ilości materiałów r-procesowych, aby wyjaśnić ich przewagę we wszechświecie.
Wprowadź gwiazdy neutronowe. Nadmierne zwłoki pozostawione po niektórych supernowych (przewyższonych jedynie czarnymi dziurami w masie na cal sześcienny) są niewielkie pod względem gwiazd, zbliżone wielkością do amerykańskich miast. Ale mogą one przewyższyć pełnowymiarowe gwiazdy. Kiedy się zderzają, powstałe w wyniku tego eksplozje wstrząsają materiałem czasoprzestrzennym intensywniej niż jakiekolwiek inne wydarzenie inne niż zderzenie czarnych dziur.
A w tych wściekłych połączeniach astronomowie zaczęli podejrzewać, że może powstać wystarczająca liczba elementów procesu R, aby wyjaśnić ich liczbę.
Wczesne badania światła po zderzeniu w 2017 r. Sugerowały, że teoria ta była poprawna. Astronomowie zobaczyli dowody na obecność złota i uranu w sposobie, w jaki światło przefiltrowało materiał z wybuchu, jak donosiło wówczas Live Science, ale dane wciąż były mgliste.
Nowy artykuł opublikowany wczoraj (23 października) w czasopiśmie Nature stanowi najmocniejsze jak dotąd potwierdzenie tych wczesnych raportów.
„Właściwie wpadliśmy na pomysł, że po wydarzeniu możemy dość szybko zobaczyć stront. Jednak wykazanie, że tak było, okazało się, że sprawa była bardzo trudna”, autor badania Jonatan Selsing, astronom z Uniwersytetu w Kopenhadze, powiedział w oświadczeniu.
Astronomowie nie byli wtedy pewni, jak dokładnie będą wyglądać ciężkie pierwiastki w kosmosie. Ale ponownie przeanalizowali dane z 2017 r. I tym razem, mając więcej czasu na pracę nad problemem, znaleźli „silną cechę” w świetle, które pochodziło z kilonova, która wskazuje wprost na stront - znak r-procesu i dowód, że inne elementy prawdopodobnie powstały tam jako napisali w swoim artykule.
Z czasem część materiału z tej kilonowej prawdopodobnie wydostanie się do galaktyki i być może stanie się częścią innych gwiazd lub planet. Być może w końcu doprowadzi to przyszłych fizyków-kosmitów do spojrzenia w niebo i zastanowienia się, skąd się wzięły te wszystkie ciężkie rzeczy na ich świecie.
