Стронцій ― елемент, який використовують у феєрверках, вперше виявлено в космосі зі спостережень, виконаних за допомогою телескопа ESO.
Вперше в космосі виявлено важкий елемент, стронцій, який виник нещодавно після злиття двох нейтронних зір. Це відкриття зроблено з допомогою спектрографа X-Shooter, встановленому на Дуже великому телескопі (VLT) Європейської південної обсерваторії (ESO). Статтю про відкриття оприлюднив журнал Nature. Виявлення стронцію підтверджує уявлення про те, що важкі елементи у Всесвіті можуть утворюватись у процесі злиттях нейтронних зір. Відкриття додає відсутній фрагмент головоломки щодо утворення хімічних елементів.
У 2017 році після реєстрації гравітаційних хвиль, що проходили крізь Землю, ESO спрямувала свої телескопи, встановлені в Чилі, серед них і VLT, на їх джерело: об’єкт під назвою GW170817, який виник внаслідок злиття нейтронних зір. У астрономів було припущення: якщо важкі елементи утворюються при зіткненнях нейтронних зір, то ознаки цих елементів можна виявити в спалахах кілонових — вибухах, спричинених таким злиттям. Саме це виявила група європейських дослідників, використовуючи дані, отримані приймачем X-Shooter на VLT ESO.
Після злиття GW170817 телескопи ESO стали спостерігати спалах кілонової у широкому діапазоні довжин хвиль. Зокрема, з допомогою X-Shooter було отримано низку спектрів від ультрафіолетового до інфрачервоного діапазонів довжин хвиль. Уже перший аналіз цих спектрів вказав на присутність важких елементів у кілоновій, але астрономи досі не могли чітко визначити окремі з них.
«Виконавши повторний аналіз даних, отриманих в 2017 році від злиття нейтронних зір, ми ототожнили один важкий елемент в цій вогняній кулі — стронцій, довівши, що зіткнення нейтронних зір спричиняє появу цього елемента у Всесвіті», — сказав головний автор дослідження Дарах Вотсон (Darach Watson) з Копенгагенський університету в Данії. На Землі стронцій в природних умовах міститься в ґрунті та накопичується у певних мінералах. Його солі використовують у феєрверках, щоб отримати яскраві спалахи червоного кольору.
На цьому зображенні широкого поля, утвореного зі знімків цифрового огляду неба Digitized Sky Survey 2, показано ділянку зоряного неба довкола галактики NGC 4993. В ній відбулося злиття двох нейтронних зір, що спричинило появу гравітаційних хвиль, короткого гамма-сплеску та оптичного випромінювання, ідентифікованих як спалах кілонової. Фото з сайту www.eso.org.
Астрономи визначили фізичні процеси, що спричиняють появу елементів, у 50-х роках ХХ ст. Упродовж наступних десятиліть вони виявили в космосі джерела усіх цих процесів, крім одного. «Це завершальний етап багаторічних пошуків джерел походження елементів», — сказав Вотсон. «Нині ми знаємо, що процеси, які спричиняють появу елементів, відбуваються головно у звичайних зорях, під час вибухів наднових чи у зовнішніх шарах старих зір. Але до цих пір ми не знали, де відбувається останній процес, який називають захоплення швидких нейтронів і який спричиняє утворення найважчих елементів періодичної таблиці».
Швидке захоплення нейтронів — це процес, при якому атомне ядро захоплює нейтрони досить швидко, що уможливлює появу дуже важких елементів. Хоча багато елементів виникає в ядрах зір, для утворення елементів важчих заліза, таких як стронцій, потрібні середовища з вищою, ніж у зір, температурою і з великою кількістю вільних нейтронів. Швидке захоплення нейтронів відбувається природним шляхом лише в екстремальних умовах, коли атоми бомбардує величезна кількість нейтронів.
«Уперше ми можемо прямо пов’язати речовину, нещодавно утворену шляхом захоплення швидких нейтронів, зі злиттям нейтронних зір, підтвердивши цим те, що такі зорі утворені з нейтронів, а також те, що захоплення швидких нейтронів, процес про який так довго говорили, відбувається при злитті цих зір», — сказала Камілла Юуль Гансен (Camilla Juul Hansen) з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі, яка була серед основних учасників дослідження.
Науковці лише зараз починають краще розуміти злиття нейтронів і спалахів кілонових. Через обмежене розуміння цих нових явищ та інших складностей в спектрах спалаху від злиття GW170817, які було отримано з допомогою спектрографа X-Shooter, астрономи досі не могли ідентифікувати окремі елементи.
«Ми насправді вважали, що після події зможемо побачити стронцій досить швидко. Однак знайти явні докази цьому, виявилося важкою справою. Ця складність була пов’язана з нашими неповними знаннями про спектральні ознаки важчих елементів періодичної таблиці», — зауважив дослідник Копенгагенського університету Джонатан Сельсінґ (Jonatan Selsing), який був головним автором цієї роботи.
Злиття GW170817 — п’яте виявлення гравітаційних хвиль, що стало можливим завдяки Лазерній інтерферометричній гравітаційно-хвильовій обсерваторії (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) в США та інтерферометру Virgo в Італії. Злиття нейтронних зір, що відбулося в галактиці NGC 4993, є першим і поки що єдиним джерелом гравітаційних хвиль, електромагнітне випромінювання від якого вдалося зареєструвати з допомогою телескопів на Землі.
Завдяки об’єднаним зусиллям LIGO, Virgo та VLT ми маємо найбільш чітке розуміння процесів усередині нейтронних зір та під час вибухів, спричинених їхнім злиттям.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
