Nhận dạng đầu tiên của một nguyên tố nặng sinh ra từ vụ va chạm sao neutron

Vào năm 2017, sau khi phát hiện sóng hấp dẫn đi qua Trái đất, ESO đã chỉ các kính viễn vọng của nó ở Chile (bao gồm cả VLT) đến nguồn để quan sát một vụ sáp nhập sao neutron có tên là GW170817. Các nhà thiên văn học nghi ngờ rằng, nếu các nguyên tố nặng hơn hình thành trong các vụ va chạm sao neutron thì chữ ký của các nguyên tố đó có thể được phát hiện trong kilonovae sau hậu quả bùng nổ của các vụ sáp nhập này. Đây là những gì một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu hiện đã thực hiện và sử dụng dữ liệu từ công cụ bắn súng X trên VLT của ESO.

Sau khi sáp nhập GW170817, đội kính viễn vọng của ESO bắt đầu theo dõi vụ nổ kilonova mới nổi trên một loạt các bước sóng. Đặc biệt, “game bắn súng” X đã lấy một loạt các quang phổ từ tia cực tím đến tia hồng ngoại gần. Phân tích ban đầu về các phổ này cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố nặng trong kilonova nhưng các nhà thiên văn học không thể xác định chính xác các nguyên tố riêng lẻ cho đến bây giờ.

Bằng cách phân tích lại dữ liệu năm 2017 từ vụ sáp nhập, các nhà khoa học đã xác định được chữ ký của một nguyên tố nặng trong quả cầu lửa này chính là Strontium và chứng minh rằng sự va chạm của các ngôi sao neutron tạo ra nguyên tố này trong Vũ trụ.

Trên trái đất, Strontium được tìm thấy tự nhiên trong đất và tập trung ở một số khoáng chất nhất định như muối của nó được sử dụng để cung cấp cho pháo hoa một màu đỏ rực rỡ.

Các nhà thiên văn học đã biết các quá trình vật lý tạo ra các nguyên tố từ những năm 1950. Trong những thập kỷ tiếp theo, họ đã phát hiện ra các địa điểm vũ trụ của mỗi lò rèn hạt nhân chính này ngoại trừ một địa điểm. Đây là giai đoạn cuối cùng của một cuộc rượt đuổi kéo dài hàng thập kỷ để xác định nguồn gốc của các yếu tố. Bây giờ chúng ta đã biết rằng các quá trình tạo ra các nguyên tố xảy ra chủ yếu ở các ngôi sao bình thường và trong vụ nổ siêu tân tinh hoặc ở các lớp bên ngoài của các ngôi sao cũ. Nhưng cho đến nay, chúng ta không biết vị trí của quá trình cuối cùng vẫn chưa được khám phá. Quá trình này được gọi là thu giữ neutron nhanh. Nó đã tạo ra các nguyên tố nặng hơn trong bảng tuần hoàn.

Thu giữ neutron nhanh là một quá trình trong đó hạt nhân nguyên tử bắt được neutron đủ nhanh để cho phép các nguyên tố rất nặng được tạo ra. Mặc dù nhiều nguyên tố được tạo ra trong lõi của các ngôi sao nhưng để tạo ra các nguyên tố nặng hơn sắt chẳng hạn như strontium cần đòi hỏi môi trường nóng hơn với nhiều neutron tự do. Sự bắt giữ neutron nhanh chóng chỉ xảy ra một cách tự nhiên trong môi trường khắc nghiệt nơi các nguyên tử bị bắn phá bởi số lượng lớn neutron.

Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể liên kết trực tiếp vật liệu mới được tạo thành thông qua sự bắt giữ neutron với sự hợp nhất sao neutron.

Các nhà khoa học chỉ mới bắt đầu hiểu rõ hơn về sự hợp nhất sao neutron và kilonovae. Do sự hiểu biết hạn chế về các hiện tượng mới này và các phức tạp khác trong quang phổ mà “game bắn súng” X của VLT đã gây ra vụ nổ mà các nhà thiên văn học đã không thể xác định được các yếu tố riêng lẻ cho đến bây giờ.

Các nhà khoa học thực sự nảy ra ý tưởng rằng họ có thể thấy strontium khá nhanh sau sự kiện. Tuy nhiên nó lại cho thấy đây là trường hợp rất khó hiểu. Khó khăn này là do kiến ​​thức không hoàn chỉnh của họ về sự xuất hiện phổ của các yếu tố nặng hơn trong bảng tuần hoàn.

Sáp nhập GW170817 là phát hiện sóng hấp dẫn thứ năm có thể thực hiện được nhờ Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO) của NSF tại Hoa Kỳ và Giao thoa kế Virgo ở Ý. Nằm trong thiên hà NGC 4993, sự hợp nhất này là lần đầu tiên và cho đến nay, nguồn sóng hấp dẫn duy nhất có đối tác nhìn thấy được bằng kính viễn vọng trên Trái đất.

Với những nỗ lực kết hợp của LIGO, Virgo và VLT, chúng ta đã có sự hiểu biết rõ ràng nhất về hoạt động bên trong của các ngôi sao neutron và sự hợp nhất bùng nổ của chúng.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi ESO . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Darach Watson, Camilla J. Hansen, Jonatan Selsing, Andreas Koch, Daniele B. Malesani, Anja C. Andersen, Johan PU Fynbo, Almudena Arcones, Andreas Bauswein, Stefano Covino, Aniello Grado, Kasper E. Heintz, Leslie , Giorgos Leloudas, Andrew J. Levan, Paolo Mazzali & Elena Pian. Xác định strontium trong sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron . Thiên nhiên , 2019 DOI: 10.1038 / s41586-019-1676-3