Образование стронция в космосе впервые зарегистрировано наблюдениями на телескопе ESO

Впервые в космосе обнаружен стронций, который образовался в результате слияния двух нейтронных звёзд. Публикация об этом открытии, сделанном при помощи спектрографа X-shooter ESO на Очень Большом Телескопе (VLT), помещена сегодня в журнале Nature.

В 2017 году, после регистрации гравитационных волн, ESO направило свои установленные в Чили телескопы, в том числе VLT, на их источник: место слияния нейтронных звёзд GW170817. Астрономы подозревали, что если тяжёлые элементы действительно образуются при столкновениях нейтронных звёзд, то признаки существования этих элементов могут быть зарегистрированы во взрывах килоновых, которые следуют за такими слияниями. Именно это и обнаружила группа европейских учёных, исследуя данные с приёмника X-shooter на VLT ESO.

После события GW170817 флотилия телескопов ESO начала мониторинг развивающейся вспышки килоновой в широком диапазоне длин волн. В частности, на спектрографе X-shooter учёные получили серию спектров килоновой от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области. Уже их первоначальный анализ позволил предположить присутствие в них линий тяжёлых элементов, но лишь теперь астрономам удалось отождествить индивидуальные элементы.

«Проведя повторный анализ наблюдений слияния нейтронных звёзд в 2017 году, мы отождествили признаки присутствия в спектре килоновой одного тяжёлого элемента стронция, что доказывает: столкновение нейтронных звёзд действительно приводит к образованию этого элемента во Вселенной», — говорит главный автор исследования Дарах Уотсон (Darach Watson) из Копенгагенского университета в Дании. На Земле стронций в природных условиях обнаруживается в почве и концентрируется в некоторых минералах. Его соли используются для создания ярких красных вспышек при устройстве фейерверков.

Астрономы узнали о физических процессах, которые ведут к созданию элементов, в 1950-х. В течение последующих десятилетий они обнаружили в космосе в тех или иных источниках все эти процессы за исключением одного. «Мы достигли финальной стадии продолжавшегося много десятилетий поиска источников происхождения элементов», — говорит Уотсон. «Сейчас мы знаем, что процессы, в ходе которых образуются элементы, происходят в основном в недрах обычных звёзд, во взрывах сверхновых или во внешних оболочках старых звёзд. Но до сих пор нам не были известны объекты, где происходит последний до сих пор не открытый процесс: так называемый захват быстрых нейтронов, при котором и образуются самые тяжёлые элементы периодической таблицы».

В ходе этого процесса атомные ядра захватывают нейтроны достаточно быстро, чтобы при этом могли образовываться очень тяжёлые элементы. И хотя многие элементы образуются в ядрах звёзд, для образования элементов тяжелее железа, таких как стронций, требуются ещё более горячие среды с большим количеством свободных нейтронов. Захват быстрых нейтронов в естественных условиях происходит только в экстремальных условиях очень высоких температур, где атомы бомбардируются большим количеством нейтронов.

«Впервые мы можем напрямую связать вещество, недавно образованное в ходе захвата быстрых нейтронов, с событием слияния нейтронных звёзд. Таким образом мы подтверждаем, что нейтронные звёзды состоят из нейтронов и что захват быстрых нейтронов —процесс, который был предметом бурных дискуссий, — действительно происходит при слияниях таких звезд», — говорит Камилла Юуль Хансен (Camilla Juul Hansen) из Института астрономии Макса Планка в Хайдельберге, одна из основных авторов исследования.

Только сейчас учёные начинают понимать явления слияния нейтронных звёзд и вспышек килоновых. Именно недостаток такого понимания этих ранее не наблюдавшихся событий и наличие сложностей в интерпретации спектров вспышки, полученных на спектрографе VLT X-shooter, привело к тому, что астрономы до последнего времени не могли идентифицировать в спектрах признаки индивидуальных элементов.

«Идея, что мы, возможно, видим линии стронция, вообще-то появилась довольно быстро, сразу после события. Однако убедительно доказать, что это было именно так, оказалось очень трудно. Это было связано с нашими в высшей степени неполными знаниями спектральных признаков тяжёлых элементов периодической таблицы», — говорит исследователь из Копенгагенского университета Джонатан Сельсинг (Jonatan Selsing), один из ключевых авторов работы.

Событие GW170817 было пятым случаем регистрации гравитационных волн, выполненным на построенной NSF лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США и интерферометре Virgo в Италии. Слияние нейтронных звёзд, которое произошло в галактике NGC 4993, оказалось первым и до сих пор единственным источником гравитационных волн, видимый компонент которого был зарегистрирован телескопами на Земле.

Объединив усилия инструментов LIGO, Virgo и VLT, мы добились самого ясного на сегодняшний день понимания процессов, происходящих в недрах нейтронных звёзд и при их сопровождающихся колоссальным взрывом слияниях.

Источник: www.eso.org