אסטרונומים רואים סטרונציום בהרס קילונובה, הוכחה לכך שהתנגשות כוכבי נויטרון מייצרים אלמנטים כבדים ביקום.

Send

אסטרונומים הבחינו בסטרונציום בעקבות התנגשות בין שני כוכבי נויטרונים. זו הפעם הראשונה שזוהה אי פעם גורם כבד בקילונובה, התוצאה הנפוצה של התנגשויות מסוג זה. הגילוי תוחם חור בהבנתנו כיצד נוצרים אלמנטים כבדים.

בשנת 2017, מצפה הכוכבים גל התערבות לייזר (LIGO) והמצפה האירופי VIRGO האירופי גילו גלי כבידה המגיעים ממיזוג שני כוכבי נויטרונים. אירוע המיזוג נקרא GW170817, והוא היה במרחק של כ -130 מיליון שנות אור בגלקסיה NGC 4993.

הקילונובה שנוצרה נקראת AT2017gfo, והמצפה האירופי הדרומי (ESO) כיוון אליו כמה מהטלסקופים שלהם כדי להתבונן בו באורכי גל שונים. בפרט, הם כיוונו את הטלסקופ הגדול מאוד (VLT) ואת מכשיר ה- X היורה שלו אל הקילונובה.

היורה ב- X הוא ספקטרוגרף רב-אורך גל הצופה באולטרה סגול B (UVB,) אור גלוי, ובקרוב אינפרא אדום (NIR.) בתחילה, נתוני ה- X-shooter העלו כי היו אלמנטים כבדים יותר בקילונובה. אך עד עכשיו הם לא יכלו לזהות אלמנטים בודדים.

"זהו השלב האחרון של מרדף בן עשרות שנים כדי לאתר את מקור האלמנטים."
דרח ווטסון, סופר מחבר, אוניברסיטת קופנהגן.

תוצאות חדשות אלה מוצגות במחקר חדש שכותרתו "זיהוי סטרונציום במיזוג של שני כוכבי נויטרונים." הכותב הראשי הוא דרך ווטסון מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק. העיתון פורסם בכתב העת טבע ב- 24 באוקטובר 2019.

"על ידי ניתוח מחדש של נתוני 2017 מהמיזוג, זיהינו כעת את חתימתו של גורם כבד אחד בכדור האש הזה, סטרונציום, והוכיח כי התנגשות של כוכבי נויטרונים יוצרת יסוד זה ביקום," אמר ווטסון בהודעה לעיתונות.

זיוף היסודות הכימיים נקרא נוקלאוזינתזה. מדענים יודעים על כך במשך עשרות שנים. אנו יודעים שאלמנטים נוצרים בסופרנובות, בשכבות החיצוניות של כוכבים מתיישנים ובכוכבים רגילים. אבל יש פער בהבנה שלנו בכל מה שקשור ללכידת נויטרונים וכיצד נוצרים יסודות כבדים יותר. לדברי ווטסון, תגלית זו ממלאת את הפער הזה.

"זה השלב האחרון של מרדף בן עשרות שנים כדי לאתר את מקור האלמנטים", אומר ווטסון. "אנו יודעים כעת כי התהליכים שיצרו את היסודות התרחשו בעיקר בכוכבים רגילים, בפיצוצי סופרנובה או בשכבות החיצוניות של כוכבים ישנים. אבל עד עכשיו לא ידענו את מיקומו של התהליך הסופי, הבלתי חשוף, המכונה לכידת נויטרונים מהירה, שיצר את היסודות הכבדים יותר בטבלה המחזורית. "

ישנם שני סוגים של לכידת נויטרונים: מהיר ואיטי. כל סוג של לכידת נויטרונים אחראי ליצירת כמחצית מהיסודות הכבדים מברזל. לכידת נויטרונים מהירה מאפשרת לגרעין אטומי ללכוד נויטרונים במהירות רבה יותר מכפי שהוא יכול להתפרק, ויוצרים יסודות כבדים. התהליך פותח לפני עשרות שנים, וראיות נסיבתיות הצביעו על קילונובה כמקום סביר להתרחש תהליך לכידת הנויטרונים. אך מעולם זה לא נצפה באתר אסטרופיזי.

הכוכבים חמים מספיק כדי לייצר רבים מהיסודות. אבל רק הסביבות החמות הקיצוניות ביותר יכולות ליצור אלמנטים כבדים יותר כמו סטרונטיום. רק בסביבות האלה, כמו הקילונובה הזו, יש מספיק נויטרונים חופשיים בסביבה. בקילונובה הופצצו אטומים ללא הפסקה על ידי מספרים עצומים של נויטרונים, מה שמאפשר לתהליך לכידת הניוטרון המהיר ליצור את היסודות הכבדים יותר.

"זו הפעם הראשונה שאנו יכולים לקשר ישירות חומר שנוצר לאחרונה שנוצר באמצעות לכידת נויטרונים עם מיזוג כוכבי נויטרונים, ומאשר שכוכבי נויטרונים עשויים נויטרונים וקושרים את תהליך לכידת הנויטרונים המהירים הוויכוחים הממושכים לאורך זמן למיזוגים כאלה," אומרת קמילה ג'ול הנסן ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה בהיידלברג, שמילא תפקיד מרכזי במחקר.

למרות שנתוני ה- X-shooter קיימים כבר כמה שנים, האסטרונומים לא היו בטוחים שהם רואים סטרונציום בקילונובה. הם חשבו שהם רואים את זה, אבל לא היו יכולים להיות בטוחים מייד. ההבנה שלנו לגבי מיזוגים של קילונובה וכוכבי נויטרונים רחוקה מלהיות שלמה. ישנן מורכבות בספקטרום היורה של ה- X של הקילונובה שהיה צריך לעבוד, במיוחד כשמדובר בזיהוי הספקטרום של אלמנטים כבדים יותר.

"למעשה הגענו לרעיון שאולי נראה סטרונציום די מהר אחרי האירוע. עם זאת, ההוכחה שזה היה לכאורה המקרה התברר כקשה מאוד. הקושי הזה נבע מהידע שלנו מאוד לא שלם במראה הספקטרלי של האלמנטים הכבדים יותר בטבלה המחזורית, "אומר חוקר אוניברסיטת קופנהגן, ג'ונתן סלסינג, שהיה סופר מפתח בעיתון.

עד כה, כיבוש נויטרונים מהיר התלבט רבות, אך מעולם לא נצפה. עבודה זו ממלאת את אחד החורים בהבנתנו את נוקלאוזינתזה. אבל זה הולך רחוק מזה. זה מאשר את טבעם של כוכבי נויטרונים.

לאחר שהתגלה הנייטרון על ידי ג'יימס צ'אדוויק בשנת 1932, הציעו המדענים את קיומו של כוכב הנויטרונים. במאמר משנת 1934, האסטרונומים פריץ זויקי וולטר באדא קידמו את התפיסה כי "נובה-על מייצגת את המעבר של כוכב רגיל לככוכב ניטרוניםהמורכבת בעיקר מנוטרונים. כוכב כזה עשוי להיות בעל רדיוס קטן מאוד וצפיפות גבוהה במיוחד. "

שלושה עשורים לאחר מכן, כוכבי נויטרונים נקשרו וזוהו עם פולסרים. אך לא הייתה שום דרך להוכיח שכוכבי נויטרונים עשויים נויטרונים, מכיוון שאסטרונומים לא יכלו לקבל אישור ספקטרוסקופי.

אולם תגלית זו, על ידי זיהוי סטרונציום, שניתן היה רק לסנתז אותה תחת שטף נויטרונים קיצוני, מוכיחה שכוכבי נויטרונים אכן עשויים מנויטרונים. כפי שאומרים החוקרים במאמרם, "הזיהוי כאן של יסוד שיכול היה להיות מסונתז כל כך מהר תחת שטף נויטרונים קיצוני, מספק את הראיות הישירות הספקטרוסקופיות הראשונות לכך שכוכבי נויטרונים כוללים חומר עשיר בנויטרונים."

זו עבודה חשובה. הגילוי תקע שני חורים בהבנתנו את מקור האלמנטים. זה מאשר מבחינה תצפיתית את מה שהמדענים ידעו תיאורטית. וזה תמיד טוב.