eso1917hu — Tudományos közlemények

Először detektálták nehéz elem létrejöttét neutroncsillagok ütközése során

Frissen keletkezett stronciumot, a tűzijátékokban is használt kémiai elemet detektáltak a világűrben az ESO műszereinek észlelései alapján

2019. október 23.

Először sikerült detektálni egy nehéz kémiai elem, a stroncium létrejöttét a világűrben, mégpedig két neutroncsillag összeolvadását követően. A Nature magazinban ma megjelent eredményhez vezető megfigyeléseket az ESO VLT távcsőegyüttesének X-shooter spektrográfjával végezték. A felfedezés – beillesztve egy hiányzó darabot a kémiai elemek kialakulásának kirakós játékába – megerősíti azt, hogy az Univerzumban a nehezebb elemek keletkezhetnek neutroncsillagok összeolvadása során.

2017-ben, a Földet elérő gravitációs hullámok detektálása után az ESO chilei távcsöveit, köztük a VLT-t is a forrásra irányította: ez volt a GW170817 jelű összeolvadó neutroncsillag-páros. A kutatók úgy vélték, hogy ha a nehezebb elemek neutroncsillagok ütközésekor is létrejöhetnek, akkor a nyomaikat azonosítani lehet az összeolvadások „kirobbanó” következményeiben, az ún. kilonóvák színképében. Európai csillagászok egy csoportja most éppen ezt tette az ESO VLT távcsőegyüttese X-shooter műszerének adatait felhasználva. 

A GW170817 jelű eseményt követően az ESO távcsőflottája széles hullámhossztartományban kezdte el folyamatosan figyelni az összeolvadást követő kilonóva-robbanást. Az X-shooter az ultraibolyától az infravörösig terjedő tartományban rögzített színképsorozatokat. A spektrumok első elemzése már utalt a nehéz elemek jelenlétére a kilonóvában, de a csillagászoknak mostanáig nem sikerült egyedi elemeket kimutatniuk.

„Az összeolvadó párosról rögzített 2017-es adatokat újra elemezve most sikerült ebben a gigantikus tűzijátékban egy nehéz elem, a stroncium nyomát azonosítanunk, ami azt jelzi, hogy neutroncsillagok ütközése létrehozhatja ezt az elemet az Univerzumban” – magyarázta a kutatás vezetője, Darach Watson (University of Copenhagen, Dánia). A Földön a stroncium természetes előfordulási helye a talaj, de néhány kőzetben is feldúsul. Ragyogó vörös színt eredményező sóit a tűzijátékokban használják.

A kutatók az 1950-es évek óta ismerik a kémiai elemek létrejöttéért felelős fizikai folyamatokat. A következő évtizedekben sorra azonosították a nagy nukleáris kohók kozmikus előfordulási helyeit, egy kivételével. „A kémiai elemek eredetének sok évtizedes kutatása érkezett végső szakaszába” – mondta Watson. „Most már tudjuk, hogy a kémiai elemeket létrehozó folyamatok nagy része a közönséges csillagokban, szupernóva-robbanások során, vagy öreg csillagok külső rétegeiben zajlott. Egészen mostanáig azonban hiányzott az utolsó láncszem, az, hogy hol játszódik le a periódusos rendszer nehezebb elemeit létrehozó, gyors neutronbefogás nevű folyamat.”

A gyors neutronbefogás során az atommag elegendően gyorsan fog be neutronokat ahhoz, hogy a nagyon nehéz elemek is létrejöhessenek. Bár sok kémiai elem a csillagok magjában épül fel, a vasnál nehezebb elemek, például a stroncium születéséhez sokkal forróbb környezet szükséges, rengeteg szabad neutronnal. A gyors neutronbefogás természetes módon csak olyan szélsőséges körülmények között következik be, amikor az atomokat hatalmas mennyiségű neutron bombázza.

 

„Ez az első alkalom, hogy neutronbefogással frissen létrejött anyagot neutroncsillagok összeolvadásával tudunk összekapcsolni, megerősítve egyrészt, hogy a neutroncsillagok valóban neutronokból állnak, másrészt a gyors neutronbefogás régóta vitatott folyamatát is el tudtuk helyezni ebben a képben” – tette hozzá a vizsgálat egyik vezető kutatója, Camilla Juul Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg).

 

A kutatók csak manapság kezdik jobban megérteni a neutroncsillagok összeolvadását és a kilonóvákat. Az új jelenségekre vonatkozó korlátozott ismereteink és a robbanásról az X-shooter által rögzített spektrumok összetettsége miatt azonban a csillagászok mostanáig nem voltak képesek egyedi elemeket azonosítani a folyamatban.

 

„Valójában arra a következtetésre jutottunk, hogy közvetlenül az esemény után láthatnánk a stroncium nyomát. Ezt azonban rettentő nehéz volt bizonyítani. A nehézséget főként az okozta, hogy elégtelen a tudásunk arról, hogy a periódusos rendszer nehéz elemeinek milyen a színképi lenyomata” – egészítette ki a szakcikk egyik vezető szerzője, Jonatan Selsing (University of Copenhagen).

 

A GW170817 összeolvadó neutroncsillag-pár az NSF egyesült államokbeli LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) obszervatóriuma és az olaszországi Virgo Interferométer együttműködésének ötödik gravitációshullám-detektálása volt. Az NGC 4993 katalógusjelű galaxisban bekövetkezett összeolvadás volt az első, ám a mai napig egyetlen gravitációshullám-forrás, amelynek optikai tartománybeli kísérőjeleit földi teleszkópok is detektálták. 

 

A LIGO, a Virgo és a VLT közös erőfeszítéséinek köszönhetően a neutroncsillagok belsejének működéséről és gigantikus robbanással kísért összeolvadásukról is egyre világosabb képünk van.

További információ

A kutatás eredményeit bemutató szakcikk a Nature magazinban jelenik meg 2019. október 24-én.

A kutatócsoport összetétele: D. Watson (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Koppenhágai Egyetem, Dánia), C. J. Hansen (Max Planck Institute für Astronomie, Heidelberg, Németország), J. Selsing (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Koppenhágai Egyetem, Dánia), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Németország), D. B. Malesani (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Dánia), A. C. Andersen (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dánia), J. P. U. Fynbo (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Dánia), A. Arcones (Institute of Nuclear Physics, Technical University of Darmstadt, Németország & GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Németország), A. Bauswein (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Németország & Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Németország), S. Covino (Astronomical Observatory of Brera, INAF, Milan, Olaszország), A. Grado (Capodimonte Astronomical Observatory, INAF, Naples, Olaszország), K. E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, University of Iceland, Reykjavík, Izland & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Dánia), L. Hunt (Arcetri Astrophysical Observatory, INAF, Florence, Olaszország), C. Kouveliotou (George Washington University, Physics Department, Washington DC, Amerikai Egyesült Államok & Astronomy, Physics and Statistics Institute of Sciences), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dánia), A. Levan (Department of Physics, University of Warwick, Egyesült Királyság), P. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Egyesült Királyság & Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Németország), E. Pian (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, INAF, Bologna, Olaszország).

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort  egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése fókuszál annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb látható hullámhosszakon üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső. A világ legnagyobb égboltfelmérő teleszkópja, a VISTA az infravörös hullámhossztartományban működik, míg a VLT Égboltfelmérő Távcső az optikai hullámhosszak legnagyobb dedikált égboltfelmérő műszere. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39-méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Linkek

·      Szakcikk

·      Az ESO távcsövei először érzékeltek fényt egy gravitációshullám forrásból

·      Felvételek a VLT-ről

Kapcsolat

Darach Watson
Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Mobil: +45 24 80 38 25
E-mail: darach@nbi.ku.dk

Camilla J. Hansen
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Telefon: +49 6221 528-358
E-mail: hansen@mpia.de

Jonatan Selsing
Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Mobil: +45 61 71 43 46
E-mail: jselsing@nbi.ku.dk

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6670
E-mail: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso1917 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso1917hu
Név:GW170817
Típus:Early Universe : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star
Facility:Very Large Telescope
Instruments:X-shooter
Science data:2019Natur.574..497W

Képek

Fantáziarajz a stroncium keletkezéséről neutroncsillagok összeolvadása következtében
Fantáziarajz a stroncium keletkezéséről neutroncsillagok összeolvadása következtében
Montázs az NGC 4993-ban feltűnt kilonóva X-shooterrel rögzített színképeiből
Montázs az NGC 4993-ban feltűnt kilonóva X-shooterrel rögzített színképeiből
A Vízikígyó (Hydra) csillagképben megfigyelhető NGC 4993 galaxis
A Vízikígyó (Hydra) csillagképben megfigyelhető NGC 4993 galaxis
Az égbolt az NGC 4993 galaxis környezetében
Az égbolt az NGC 4993 galaxis környezetében

Videók

ESOcast 210 Light: Először detektálták nehéz elem létrejöttét neutroncsillagok ütközése során
ESOcast 210 Light: Először detektálták nehéz elem létrejöttét neutroncsillagok ütközése során
Neutroncsillagok összeolvadásának animációja és az esemény során keletkezett kémiai elemek
Neutroncsillagok összeolvadásának animációja és az esemény során keletkezett kémiai elemek
Az NGC 4993-ban feltűnt kilonóva színképeinek animációja
Az NGC 4993-ban feltűnt kilonóva színképeinek animációja

Tekintse meg