Der er fundet beviser for produktionen af ​​tellur i neutronstjernefusioner – Physics World

Der er fundet beviser for produktionen af ​​tellur i neutronstjernefusioner – Physics World

Tidsstempel: 3. november 2023 kl. 9
Kildeknude: 2364949

neutronstjernefusion
Katalysmisk kollision: Det menes, at 'hurtige neutronfangstprocesser', der opstår under en neutronstjernefusion, kan være ansvarlige for at producere tunge grundstoffer (høflighed: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet)

Fysikere i Japan og Litauen har fundet beviser for, at tellur produceres i neutronstjernefusioner. Deres resultater styrker ideen om, at neutronstjernefusioner er ansvarlige for de fleste af de tunge grundstoffer i universet.

Syntesen af ​​tunge kerner - dem, der er tungere end sølv - er beskrevet af et sæt kernereaktioner kendt som "r-processen" eller hurtig neutronindfangningsproces. Først foreslået i 1957, det forekommer i et miljø med en stor tæthed af frie neutroner, hvorved kerner begynder at fange neutroner meget hurtigere end den hastighed, hvormed de kan beta-henfald. Dette producerer en karakteristisk fordeling af neutronrige kerner med toppe omkring visse atommassetal såsom 80, 130 og 196.

Overflodsmønstrene i vores solsystem viser tydeligt disse r-procestoppe, hvilket tyder på, at denne proces er oprindelsen til alle tunge grundstoffer på Jorden. Det var blevet foreslået, at denne proces hovedsageligt forekommer i "udpisket" stof fra neutronstjernefusioner, hvilket producerer en begivenhed kaldet en kilonova - navngivet, fordi den er så lys som tusinde novaer, men alligevel ikke så lys som en supernova.

Eksistensen af ​​kilonovaer blev bekræftet i 2017, da gravitationsbølger fra en neutronstjerne-fusion kaldet GW170817 blev detekteret. En hektisk opfølgning af astronomer over hele verden fulgte, og lokaliserede en forbigående så lysstærk som en milliard sole i en galakse 130 millioner lysår væk. Dens hurtigt faldende lyskurve indikerede, at den blev drevet af det radioaktive henfald af udstødte r-proceselementer.

Tidligere undersøgelser havde fundet absorptionssignaturer af strontium-, cerium- og lanthanidelementer i hele det indledende spektrum af GW170817's kilonova, mens spektre taget senere blev domineret af emissionsegenskaber. De strålingsegenskaber af denne "nebulære" fase forblev dårligt forstået, fordi disse forhold er vanskelige at replikere i eksperimenter på Jorden.

For at komme uden om dette problem modellerede forskere emissionslinjer for flere tunge elementer ved at anvende visse udvælgelsesregler på eksperimentelt kendte energiniveauer. Deres model forudsagde en stærk emissionslinje på 2.1 mikrometer fra en forbudt overgang i dobbelt ioniseret tellur, som nøjagtigt matchede et tidligere uforklaret træk ved GW170817's spektrum (Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society 526 L155). Styrken af ​​emissionslinjen indikerer, at en tusindedel af en solmasse af tellur blev produceret i kilonovaen.

Webb melder sig ind i kampen

I en separat undersøgelse giver observationer fra James Webb Space Telescope (JWST) yderligere beviser for r-processen i neutronstjernefusioner. Observatoriet udførte opfølgende observationer af det usædvanligt lyse gammastråleudbrud GRB230307A. JWST tog infrarøde spektre 29 og 61 dage efter udbruddet, som viste en uhyggelig lighed med GW170817, inklusive den samme 2.1 mikrometer egenskab, der tilskrives tellur - hvilket indikerer en anden kilonova (Natur).

I betragtning af at GRB230307A er en milliard lysår væk - næsten en størrelsesorden længere væk end GW170817 - er denne bedrift et bevis på følsomheden af ​​JWST. "JWST kunne opnå et spektrum af kilonovaen, når ingen andre teleskoper overhovedet kunne opdage det," Andrew Levan fra Radboud University Nijmegen, der ledede JWST-undersøgelsen, fortalte Fysik verden.

Levan tilføjer, at der er mere at komme efter, når man observerer kilonovaer med JWST. "Det ultimative mål er at fjerne de fulde detaljer om alle de forskellige kerner, der skabes i disse fusioner, så vi endelig kan udfylde oprindelsen af ​​alle grundstofferne i det periodiske system," siger han.

Kenta Hotokezaka fra University of Tokyo, som var hovedforfatter af GW170817-undersøgelsen, fortalte Fysik verden at de ser frem til at observere den næste neutronstjernefusion med JWST. "Vi vil lære meget mere af sådanne observationer," siger han, "for eksempel elementær identifikation i infrarød, plasmaforhold og kilonova-energikilden."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden