eso1917ru — Научный релиз

Первая регистрация образования тяжелого элемента при столкновении нейтронных звезд

Образование стронция в космосе впервые зарегистрировано наблюдениями на телескопе ESO

23 октября 2019 г., St.-Petersburg

Впервые в космосе обнаружен стронций, образовавшийся в результате слияния двух нейтронных звезд. Публикация об этом открытии, сделанном при помощи спектрографа ESO «X-shooter» на Очень Большом Телескопе (VLT), помещена сегодня в журнале Nature. Подтвердилось, что тяжелые элементы во Вселенной могут образовываться при слияниях нейтронных звезд. Тем самым заполнено «недостающее звено» в загадке формирования химических элементов.

В 2017 г., после регистрации достигших Земли гравитационных волн, ESO направило свои установленные в Чили телескопы, в том числе VLT, на их источник: место слияния нейтронных звезд GW170817. Астрономы подозревали, что, если тяжелые элементы действительно образуются при столкновениях нейтронных звезд, то признаки существования этих элементов могут быть зарегистрированы во взрывах килоновых, которые следуют за такими слияниями. Именно это и обнаружила группа европейских исследователей, исследуя данные, полученные приемником X-shooter на VLT ESO.

После события GW170817, флотилия телескопов ESO начала мониторинг развивающейся вспышки килоновой в широком диапазоне длин волн. В частности, на спектрографе «X-shooter» была получена серия спектров килоновой от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области. Уже первоначальный анализ этих спектров позволил предположить присутствие в них линий тяжелых элементов, но лишь теперь астрономам удалось отождествить индивидуальные элементы. 

Проведя повторный анализ наблюдений слияния нейтронных звезд в 2017 г., мы отождествили признаки присутствия в спектре килоновой одного тяжелого элемента: стронция, что доказывает: столкновение нейтронных звезд действительно приводит к образованию этого элемента во Вселенной, -- говорит главный автор исследования Дарах Уотсон (Darach Watson) из Копенгагенского университета в Дании. На Земле стронций в природных условиях обнаруживается в почве и концентрируется в некоторых минералах. Его соли используются для создания ярких красных вспышек при устройстве фейерверков. 

Астрономы узнали о физических процессах, которые ведут к созданию элементов, в 1950. В течение последующих десятилетий они обнаружили в космосе в тех или иных источниках все эти процессы за исключением одного. Мы достигли финальной стадии продолжавшегося много десятилетий поиска источников происхождения элементов, -- говорит Уотсон. Сейчас мы знаем, что процессы, в ходе которых образуются элементы, происходят в основном в недрах обычных звезд, во взрывах сверхновых или во внешних оболочках старых звезд. Но до сих пор нам не были известны объекты, где происходит последний до сих пор не открытый процесс: так называемый захват быстрых нейтронов, при котором и образуются самые тяжелые элементы периодической таблицы.

В ходе этого процесса атомные ядра захватывают нейтроны достаточно быстро, чтобы при этом могли образовываться очень тяжелые элементы. И хотя многие элементы образуются в ядрах звезд, для образования элементов тяжелее железа, таких, как стронций, требуются еще более горячие среды с большим количеством свободных нейтронов. Захват быстрых нейтронов в естественных условиях происходит только в экстремальных условиях очень высоких температур, где атомы бомбардируются большим количеством нейтронов.

Впервые мы можем напрямую связать вещество, недавно образованное в ходе захвата быстрых нейтронов, с событием слияния нейтронных звезд, подтверждая таким образом, что нейтронные звезды состоят из нейтронов и что захват быстрых нейтронов, процесс, который был предметом бурных дискуссий, действительно происходит при слияниях таких звезд, -- гооворит Камилла Юуль Хансен (Camilla Juul Hansen) из Института астрономии Макса Планка в Хайдельберге, одна из основных авторов исследования.

Только сейчас ученые начинают понимать явления слияния нейтронных звезд и вспышек килоновых. Именно недостаток такого понимания этих ранее не наблюдавшихся событий и наличие сложностей в интерпретации спектров вспышки, полученных на спектрографе VLT «X-shooter», привело к тому, что астрономы до последнего времени не могли идентифицировать в спектрах признаки индивидуальных элементов.

Идея о том, что мы, возможно, видим линии стронция, вообще-то появилась довольно быстро, сразу после события. Однако, убедительно доказать, что это было именно так, оказалось очень трудно. Трудности были связаны с нашими в высшей степени неполными знаниями спектральных признаков тяжелых элементов периодической таблицы, -- говорит исследователь из Копенгагенского университета Джонатан Сельсинг (Jonatan Selsing), один из ключевых авторов работы. 

Событие GW170817 было пятым случаем регистрации гравитационных волн, выполненным на построенной NSF лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США и интерферометре Virgo в Италии. Слияние нейтронных звезд, которое произошло в галактике NGC 4993, оказалось первым и до сих пор единственным источником гравитационных волн, видимый компонент которого был зарегистрирован телескопами на Земле.

Объединив усилия инструментов LIGO, Virgo и VLT, мы добились самго ясного на сегодняшний день понимания процессов, происходящих в недрах нейтронных звезд и при их сопровождающихся колоссальным взрывом слияниях.

Узнать больше

Результаты этого исследования были представлены в статье, публикуемой в журнале Nature 24 октября 2019 г.

Состав исследовательской группы: D. Watson (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Denmark), C. J. Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), J. Selsing (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Denmark), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Germany), D. B. Malesani (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Denmark), A. C. Andersen (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark), J. P. U. Fynbo (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Denmark), A. Arcones (Institute of Nuclear Physics, Technical University of Darmstadt, Germany & GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Germany), A. Bauswein (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Germany & Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Germany), S. Covino (Astronomical Observatory of Brera, INAF, Milan, Italy), A. Grado (Capodimonte Astronomical Observatory, INAF, Naples, Italy), K. E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, University of Iceland, Reykjavík, Iceland & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, University of Copenhagen, Denmark), L. Hunt (Arcetri Astrophysical Observatory, INAF, Florence, Italy), 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 Denmark, & Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark), A. Levan (Department of Physics, University of Warwick, UK), P. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK & Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germany), E. Pian (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, INAF, Bologna, Italy).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +79112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Email: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1917.

О релизе

Релиз №:eso1917ru
Название:GW170817
Тип:Early Universe : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star
Facility:Very Large Telescope
Instruments:X-shooter
Science data:2019Natur.574..497W

Изображения

Образование стронция при слиянии нейтронных звезд: взгляд художника
Образование стронция при слиянии нейтронных звезд: взгляд художника
Монтаж спектров килоновой в NGC 4993, полученных спектрографом «X-shooter»
Монтаж спектров килоновой в NGC 4993, полученных спектрографом «X-shooter»
Галактика NGC 4993 в созвездии Гидры
Галактика NGC 4993 в созвездии Гидры
Участок неба вокруг галактики NGC 4993
Участок неба вокруг галактики NGC 4993

Видео

ESOcast 210 Light: Первое обнаружение тяжелого элемента, образовавшегося при столкновении нейтронных звезд
ESOcast 210 Light: Первое обнаружение тяжелого элемента, образовавшегося при столкновении нейтронных звезд
Анимация слияния нейтронных звезд и формирования элементов при таких событиях
Анимация слияния нейтронных звезд и формирования элементов при таких событиях
Анимация спектра килоновой в NGC 4993
Анимация спектра килоновой в NGC 4993

Также смотрите наши