eso1917nb — Pressemelding

Første identifisering av et tungt grunnstoff født fra kollisjon av nøytronstjerner

Nydannet strontium, et grunnstoff brukt i fyrverkeri, ble oppdaget i verdensrommet for første gang etter observasjoner med ESO-teleskop

23. oktober 2019

For første gang er et nydannet tungt grunnstoff, strontium, blitt oppdaget i verdensrommet, i kjølvannet av en sammenslåing av to nøytronstjerner. Dette funnet ble observert av ESOs X-shooter-spektrograf på Very Large Telescope (VLT) og er publisert i dag i Nature. Oppdagelsen bekrefter at de tyngre grunnstoffene i universet kan dannes i sammenslåingen av nøytronstjerner, noe som gir en manglende brikke i vår forståelse av grunnstoffdannelse.

I 2017 ble gravitasjonsbølger detektert da de passerte jorden. Da pekte ESO teleskopene sine i Chile, inkludert VLT, mot kilden til signalet: en nøytronstjernefusjon med navnet GW170817. Astronomer mistenkte at hvis det ble dannet tyngre grunnstoffer i nøytronstjernekollisjoner, kunne signaturer av disse grunnstoffene bli oppdaget i en kilonova, det eksplosive etterspillet etter disse sammenslåingene. Dette er hva et team av europeiske forskere nå har gjort, ved å bruke data fra X-shooter-instrumentet på ESOs VLT.

Etter GW170817 begynte ESOs teleskoper å overvåke den voksende kilonova-eksplosjonen over et bredt spekter av bølgelengder. Spesielt X-shooter tok en serie spektre fra ultrafiolett til nær infrarød. Innledende analyse av disse spektra antydet tilstedeværelsen av tunge grunnstoffer i kilonova, men astronomer kunne ikke bekrefte enkeltgrunnstoffer før nå.

«Ved å analysere 2017-dataene fra sammenslåingen på nytt, har vi nå identifisert signaturen til ett tungt grunnstoff i denne ildkulen, strontium, som beviser at kollisjonen av nøytronstjerner skaper dette grunnstoffet i universet», sier studiens hovedforfatter Darach Watson fra Københavns Universitet i Danmark. På jordkloden finnes strontium naturlig i jorda på bakken og er konsentrert i visse mineraler. Saltene til grunnstoffet brukes til å gi fyrverkeri en strålende rød farge.

Astronomer har kjent de fysiske prosessene som danner grunnstoffer siden 1950-tallet. I løpet av de påfølgende tiårene har de avdekket de kosmiske stedene for hver av disse store kjernefysiske smiene, bortsett fra én. «Dette er den siste fasen av en tiårig lang jakt for å finne opprinnelsen til grunnstoffene», sier Watson. «Vi vet nå at prosessene som skapte grunnstoffene for det meste skjedde i vanlige stjerner, i supernovaeksplosjoner eller i de ytre lagene av gamle stjerner. Men inntil nå visste vi ikke stedet for den siste, uoppdagede prosessen, kjent som rask nøytronfangst, som skapte de tyngre grunnstoffene i det periodiske systemet.»

Rask nøytronfangst er en prosess der en atomkjerne fanger nøytroner raskt nok til at det kan dannes veldig tunge grunnstoffer. Selv om mange grunnstoffer er produsert i kjernene til stjerner, krever grunnstoffer som er tyngre enn jern, for eksempel strontium, enda varmere miljøer med mange frie nøytroner. Rask nøytronfangst forekommer bare naturlig i ekstreme miljøer der atomer blir bombardert av et stort antall nøytroner.

«Dette er første gang vi direkte kan knytte nyopprettet materie dannet via nøytronfangst med en nøytronstjernesammenslåing. Det bekrefter at nøytronstjerner er laget av nøytroner og knytter den lenge omdiskuterte raske nøytronfangstprosessen til slike fusjoner», sier Camilla Juul Hansen fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg som spilte en stor rolle i studien.

Forskere begynner først nå å forstå nøytronstjernefusjoner og kilonovaer. På grunn av den begrensede forståelsen av disse nye fenomenene og andre kompleksiteter i spektrene som VLTs X-Shooter tok av eksplosjonen, hadde astronomer ikke vært i stand til å identifisere enkeltgrunnstoffer før nå.

«Vi kom på ideen om at vi kanskje ser strontium ganske raskt etter sammenslåingshendelsen. Det viste seg imidlertid å være veldig vanskelig å vise at dette var tilfellet. Denne vanskeligheten skyldtes vår svært ufullstendige kunnskap om det spektrale utseendet til de tyngre grunnstoffene i det periodiske systemet», sier forsker ved Københavns Universitet, Jonatan Selsing, som var en sentral forfatter av artikkelen.

GW170817 var den femte deteksjonen av gravitasjonsbølger, muliggjort takket være NSFs Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA og Virgo Interferometer i Italia. Nøytronstjernesammenslåingen, som inntraff i galaksen NGC 4993, var den første, og så langt den eneste, gravitasjonsbølgekilden som fikk sin synlige motpart oppdaget av teleskoper på jorden.

Med den kombinerte innsatsen fra LIGO, Virgo og VLT har vi den klareste forståelsen så langt av nøytronstjerners indre og deres eksplosive sammenslåinger.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i en vitenskapelig artikkel i tidsskriftet Nature 24. oktober 2019.

Teamet består av D. Watson (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet, Danmark), C.J. Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland), J. Selsing (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet, Danmark), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Tyskland), D.B. Malesani (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Danmark, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet, Danmark), A.C. Andersen (Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, Danmark), J.P.U. Fynbo (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet, Danmark), A. Arcones (Institute of Nuclear Physics, Technical University of Darmstadt, Tyskland & GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Tyskland), A. Bauswein (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Tyskland & Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Tyskland), S. Covino (Astronomical Observatory of Brera, INAF, Milan, Italia), A. Grado (Capodimonte Astronomical Observatory, INAF, Naples, Italia), K.E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, University of Iceland, Reykjavík, Island & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet, Danmark), L. Hunt (Arcetri Astrophysical Observatory, INAF, Florence, Italia), C. Kouveliotou (George Washington University, Physics Department, Washington DC, USA & Astronomy, Physics and Statistics Institute of Sciences), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Danmark, & Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, Danmark), A. Levan (Department of Physics, University of Warwick, Storbritannia), P. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Storbritannia & Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Tyskland), E. Pian (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, INAF, Bologna, Italia).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile og med Australia som en strategisk partner. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope og det verdensledende Very Large Telescope Interferometer, samt de to kartleggingsteleskopene VISTA som observerer i infrarødt og VLT Survey Telescope som observerer i synlig lys. ESO er også en viktig partner i to fasiliteter ved Chajnantor, APEX og ALMA, som er nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som ser opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1917 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1917nb
Navn:GW170817
Type:Early Universe : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star
Facility:Very Large Telescope
Instruments:X-shooter

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av strontium som kommer ut av en nøytronstjernesammenslåing
Kunstnerisk fremstilling av strontium som kommer ut av en nøytronstjernesammenslåing
Spektra av kilonova i NGC 4993 tatt med X-shooter
Spektra av kilonova i NGC 4993 tatt med X-shooter
Galaksen NGC 4993 i stjernebildet Vannslangen
Galaksen NGC 4993 i stjernebildet Vannslangen
Himmelen rundt galaksen NGC 4993
Himmelen rundt galaksen NGC 4993

Videoer

ESOcast 210 Light: Første identifisering av et tungt grunnstoff født fra kollisjon av nøytronstjerner
ESOcast 210 Light: Første identifisering av et tungt grunnstoff født fra kollisjon av nøytronstjerner
Animasjon av nøytronstjernesammenslåing og grunnstoffene som dannes i slike hendelser
Animasjon av nøytronstjernesammenslåing og grunnstoffene som dannes i slike hendelser
Animasjon av kilonovaspektrum i NGC 4993
Animasjon av kilonovaspektrum i NGC 4993

Se også