Nr 76 2019

Spektakulärt nytt 23 okt från ESO:

Neutronstjärnor som krockar ger oss fyrverkigodis

För första gången har ett nybildat tungt grundämne upptäckts som har bildats i en kollision mellan två neutronstjärnor. Upptäckten gjordes med ESO:s X-shooterinstrument vid Very Large Telescope (VLT) och publiceras i dag i tidskriften Nature. Denna detektion bekräftar att tunga grundämnen kan uppstå när neutronstjärnor smälter samman och ger ett viktigt bidrag till förståelsen av hur kemiska ämnen bildas.

2017 riktades teleskopen på ESO:s observatorier mot källan till en gravitationsvåg som skapats av två kolliderande neutronstjärnor. Källan, GW170817, studerades med bland annat VLT i olika våglängder. Man misstänkte att tunga grundämnen som möjligen bildades vid sådana mycket kraftiga kollisioner kunde upptäckas i dessa så kallade kilonovor. Ett europeiskt forskarlag har nu lyckats identifiera strontium i resterna från denna kilonova med hjälp av data från X-shooterinstrumentet på ESO:s VLT. Med X-shooter togs spektra från ultravioletta till nära infraröda våglängder.

Bildkälla: ESO/E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO

"Tack vare en ny analys av observationerna har vi kunnat identifiera signaturen av strontium i den efterföljande eldkulan, och visat att kollisioner mellan neutronstjärnor skapar detta ämne" säger forskningsledaren Darach Watson från Köpenhamns universitet. På jorden hittas strontium naturligt i marken och förekommer rikligare i vissa mineraler. Dess salter används i fyrverkerier för att framkalla en starkt röd färg.

Astronomer har känt till de fysiska processer som skapar grundämnena sedan 1950-talet. Sedan dess har de kunnat identifiera de platser där alla grundämnen har bildats, utom i ett fall. "Detta är slutpunkten i ett flera årtionden långt sökande efter grundämnenas ursprung" säger Watson. "Vi vet nu att de processer som skapade grundämnena till största delen skedde i vanliga stjärnor eller i de yttre delarna av gamla stjärnor. Men tills nu har vi inte kunnat identifiera källan till den process som kalla neutroninfångning som skapade de tyngre grundämnena i det periodiska systemet."

Snabb neutroninfångning är en process där atomkärnor fångar in neutroner från omgivningen så snabbt att mycket tunga grundämnen kan uppstå. Även om många grundämnen bildas i fusionsprocesser i stjärnornas inre kräver bildandet av de grundämnen som är tyngre än järn tillgång till ett massivt flöde av fria neutroner. Snabb neutroninfångning sker bara i extrema miljöer där atomerna bombarderas av stora mängder neutroner.

"Nu kan vi för första gången koppla ett tungt grundämne skapat genom neutroninfångning till en neutronstjärnekollision och bekräfta dels att neutronstjärnor är byggda av neutroner, dels att snabb neutroninfångning sker i sådana kollisioner" säger Camilla Juul Hansen från Max Planckinstitutet för astronomi i Heidelberg, en av huvudförfattarna till studien.

Ett europeiskt forskarlag har med hjälp av data från X-shooterinstrumentet vid ESO:s Very Large Telescope funnit spår av strontium i en neutronstjärnekollision. Denna konstnärliga bild visar hur två små men extremt täta neutronstjärnor vid slutet av sina liv smälter samman och exploderar som en kilonova. I förgrunden ser vi två kärnor av nybildat strontium som lämnar eldkulan´.

Bildkälla: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Först nu börjar astronomerna förstå i mer detalj hur neutronstjärnekollisioner och kilonovor fungerar. Det är med hjälp av X-shooter och dess spektra av denna explosion som individuella grundämnen har kunnat identifieras.

"Redan tidigt föreslog vi att det var strontium vi kunde se i explosionen. Men det var mycket svårt att visa att så faktiskt var fallet. Detta berodde på att vi har mycket dålig kunskap om den spektrala signaturen för de tunga grundämnena i det periodiska systemet" säger Jonathan Selsing vid Köpenhamns universitet, en av de ledande författarna till artikeln.

GW170817 var den femte gravitationsvågsdetektionen som gjordes, tack vare NSF:s Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA och Virgointerferometern i Italien. Objektet var beläget i galaxen NGC 4993 och är den hittills enda graviationsvågskälla som har knutits till en optisk motsvarighet med hjälp av teleskop på jorden.

Med de kombinerade möjligheterna som LIGO, Virgo och VLT ger har vi nu den bästa förståelsen hittills av neutronstjärnor och hur de smälter samman i explosiva kollisioner.

Japansk astronomihistoria

Tack till min danske vän Jan Buch, som är en stor samlare av japanska rariteter och som påpekar: