Voor de eerste keer, een vers gemaakt zwaar element, strontium, is gedetecteerd in de ruimte, in de nasleep van een fusie van twee neutronensterren. Deze bevinding werd waargenomen door ESO's X-shooter-spectrograaf op de Very Large Telescope (VLT) en wordt vandaag gepubliceerd in Nature. De detectie bevestigt dat de zwaardere elementen in het heelal zich kunnen vormen bij het samensmelten van neutronensterren, het verstrekken van een ontbrekend stukje van de puzzel van de vorming van chemische elementen.

in 2017, na de detectie van zwaartekrachtsgolven die de aarde passeren, ESO richtte zijn telescopen op Chili, inclusief de VLT, naar de bron:een fusie van neutronensterren genaamd GW170817. Astronomen vermoedden dat als er zich zwaardere elementen hebben gevormd bij botsingen met neutronensterren, handtekeningen van die elementen konden worden gedetecteerd in kilonovae, de explosieve nasleep van deze fusies. Dit is wat een team van Europese onderzoekers nu heeft gedaan, met behulp van gegevens van het X-shooter-instrument op ESO's VLT.

Na de fusie van GW170817, ESO's vloot van telescopen begon de opkomende kilonova-explosie te volgen over een breed scala aan golflengten. Vooral X-shooter nam een ​​reeks spectra van het ultraviolet tot het nabij-infrarood. Een eerste analyse van deze spectra suggereerde de aanwezigheid van zware elementen in de kilonova, maar astronomen konden tot nu toe geen afzonderlijke elementen lokaliseren.

"Door de 2017-gegevens van de fusie opnieuw te analyseren, we hebben nu de handtekening van een zwaar element in deze vuurbal geïdentificeerd, strontium, bewijzen dat de botsing van neutronensterren dit element in het heelal creëert, ", zegt hoofdauteur Darach Watson van de studie van de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken. Op aarde, strontium komt van nature in de bodem voor en is geconcentreerd in bepaalde mineralen. De zouten ervan worden gebruikt om vuurwerk een schitterende rode kleur te geven.

Astronomen kennen de fysieke processen die de elementen creëren sinds de jaren vijftig. In de daaropvolgende decennia hebben ze de kosmische locaties van elk van deze grote nucleaire smederijen blootgelegd, behalve een. "Dit is de laatste fase van een decennialange achtervolging om de oorsprong van de elementen vast te stellen, ", zegt Watson. "We weten nu dat de processen die de elementen creëerden, meestal plaatsvonden in gewone sterren, bij supernova-explosies, of in de buitenste lagen van oude sterren. Maar, tot nu, we wisten de locatie van de finale niet, onontdekt proces, bekend als snelle neutronenvangst, die de zwaardere elementen in het periodiek systeem creëerden."

Snelle neutronenvangst is een proces waarbij een atoomkern neutronen snel genoeg opvangt om zeer zware elementen te creëren. Hoewel veel elementen in de kernen van sterren worden geproduceerd, het creëren van elementen zwaarder dan ijzer, zoals strontium, vereist nog warmere omgevingen met veel vrije neutronen. Snelle neutronenvangst komt van nature alleen voor in extreme omgevingen waar atomen worden gebombardeerd door grote aantallen neutronen.

"Dit is de eerste keer dat we nieuw gecreëerd materiaal, gevormd via neutronenvangst, direct kunnen associëren met een fusie van neutronensterren, bevestigen dat neutronensterren zijn gemaakt van neutronen en het langbesproken snelle neutronenvangstproces koppelen aan dergelijke fusies, " zegt Camilla Juul Hansen van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, die een grote rol speelden in het onderzoek.

Wetenschappers beginnen nu pas het samensmelten van neutronensterren en kilonova's beter te begrijpen. Vanwege het beperkte begrip van deze nieuwe verschijnselen en andere complexiteiten in de spectra die de X-shooter van de VLT van de explosie nam, astronomen hadden tot nu toe geen afzonderlijke elementen kunnen identificeren.

"We kwamen eigenlijk op het idee dat we misschien vrij snel na het evenement strontium zouden zien. waaruit bleek dat dit aantoonbaar het geval was, bleek erg moeilijk. Deze moeilijkheid was te wijten aan onze zeer onvolledige kennis van het spectrale uiterlijk van de zwaardere elementen in het periodiek systeem, ", zegt Jonatan Selsing, onderzoeker van de Universiteit van Kopenhagen, die een belangrijke auteur op het papier was.

De fusie van GW170817 was de vijfde detectie van zwaartekrachtsgolven, mogelijk gemaakt dankzij de NSF's Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de VS en de Virgo Interferometer in Italië. Gelegen in de melkweg NGC 4993, de fusie was de eerste, en tot nu toe de enige zwaartekrachtgolfbron om zijn zichtbare tegenhanger te laten detecteren door telescopen op aarde.

Met de gezamenlijke inspanningen van LIGO, Maagd en de VLT, we hebben het duidelijkste begrip tot nu toe van de innerlijke werking van neutronensterren en hun explosieve samensmeltingen.

Dit onderzoek werd gepresenteerd in een paper om te verschijnen in Natuur op 24 oktober 2019.