Случи се: астрономи откриха тежък елемент на мястото на сблъсъка на две неутронни звезди

Учените от десетилетия обсъждат къде във Вселената се образуват химически елементи по-тежки от желязото. Астрономите откриха няколко източника, но една от най-заинтригуващите хипотези досега оставаше непроверена. Става въпрос за сливането на неутронни звезди. Екип от европейски учени откри стронций на мястото на сблъсъка на две неутронн звезди. Резултатите от направеното откритие са публикувани в списание Nature.

Съгласно съвременните ни разбирания, веднага след Големия взрив са се образували само водород, хелий и нищожно количество литий, берилий и бор. Всичките останали химически елементи са възникнали в резултат на други процеси.

Основният „производител” във Вселената са, разбира се, недрата на звездите. Там леките атомни ядра се сливат едно с друго, образувайки по-тежки елементи: от водорода се образува хелий и т.н. Но най-тежкия елемент , който може се образува в този термоядрен „реактор” е желязото, което е само на 26-то място в Менделеевата таблица от деветдесет, срещащи се в природата, елементи. Как са възникнали останалите 64 елемента?

Както предполагат учените, половината от всички тежки атомни ядра са се образували в резултат на така наречения r-процес (“ r” е от рапид -„бърз”) . Става въпрос за процес, когато атомното ядро се бомбардира масирано от неутрони.

Основното препятствие на пътя на сливането на две ядра е съществуващия едноименен заряд, заради който те се отблъскват. А неутронът няма електрически заряд и затова безпрепятствено може да проникне в ядрото . Там той може да се превърне в протон, изпускайки електрон. Това е начина, по който могат да се образуват и най-тежките елементи, чак до трансурановите.

Но подобен процес изисква екстремална температура и плътност на потока от неутрони. Къде могат да възникнат подобни условия? Едно от местата е при взрив на свръхнова, което е потвърдено вече и от наблюдения.

Но има и друг начин. Става въпрос за сблъсък и сливане на неутронни звезди. Този сценарий се обсъжда от десетилетия, но данни от наблюдения нямаше за да бъде той проверен.

Първото събитие, което еднозначно беше определено като сблъсък на две неутронни звезди, беше регистрирано на 17 август 2017 година и е известно като GW170817. Тогава астрономите насочиха в една точка най-добрите телескопи (LIGO- Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory в САЩ, Virgo Interferometer в Италия и VLT (Very Large Telescope) в Чили), за да съберат повече сведения за дългоочакваното събитие.

С помощта на спектрографа X-shooter на най-големия на планетата оптически телескоп VLT бяха получени спектрите от тази експлозия от ултравиолетовия диапазон до близкия инфрачервен диапазон.

Практически, учените веднага са открили признаци за наличието на тежки елементи на мястото на избухването, но не са могли да кажат точно какви.

„Идеята, че евентуално можем да видим линията на стронция се появи достатъчно скоро след събитието. Но да се докаже убедително, че това е точно така, се оказа много трудно. Трудностите са свързани с нашите непълни знания са спектралните признаци на тежките елементи от периодическата таблица.” – казва един от авторите на изследването Джонатан Селсинг (Jonatan Selsing)от Копенхагенския университет.

В новото изследване учените са представили резултати от детайлния анализ на получените спектри. Те са потвърдили , че става въпрос за линии на стронций.

„Провеждайки повторен анализ на наблюденията за сливането на двете неутронни звезди, ние открихме съответствие в признаците за присъствие в спектъра на килоновата на един тежък елемент, а именно стронций. Това доказва, че сблъсъкът на неутронни звезди действително води до образуване на този елемент във Вселената” –разказва Дарах Уотсън (Darah Watson), от Копенхагенския университет, водещ автор на изследването.

Килонови се наричат  избухванията, протичащи при сливането на две неутронни звезди или на неутронна звезда с черна дупка. Наименованието на това явление е свързано с това, че при него се отделя приблизително хиляда пъти повече енергия, отколкото при избухването на нова звезда.

Благодарение на наблюдението на гравитационните вълни станаха известни няколко сливания една с друга на неутронни звезди и поне един сблъсък на неутронна звезда с черна дупка. Но избухване, съпровождащо образуването на гравитационни вълни, засега е наблюдавано само през август 2017 година. Наистина, астрономите от време на време наблюдават космически взривове, чиято природа така и не е доизяснена, но минимум в един от тях е разпозната килонова.

Откритието потвърди и още един факт, че недрата на неутронните звезди действително се състоят от неутрони. По-рано астрономите съдеха затова по-косвени признаци, такива като чудовищната плътност на тези обекти.

„ За пръв път ние можем директно да свържем вещество, образувало се неотдавна, със събитие като сливането на две неутронни звезди. По този начин се потвърждава, че неутронните звезди се състоят от неутрони и че прихващането на бързите неутрони, процес, който беше предмет на бурни дискусии, действително протича при сливането на такива звезди” – резюмира друг участник в изследването Камила Юл Хансен ( Camilla Juul Hansen) от Института по астрономия към института „Макс Планк” в Хайделберг.

Трябва да се отбележи, че освен r-процесът, Вселената се обогатява с тежки елементи и чрез s- процес ( slow – “бавен”). Той също е свързан с хващането на неутрони от атомните ядра, но протича доста по-бавно. Този процес протича в атмосферите на червените гиганти и ражда елементи включително до олово.