Pressmeddelande

Första identifikationen av ett tungt grundämne som bildats i en neutronstjärnekollision

Nybildat strontium, ett grundämne som används i fyrverkeripjäser, har identifierats i rymden med hjälp av ESO:s teleskop

23 oktober 2019, Skurup

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.

 

"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.

 

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 hjälps 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.

Mer information

Forskningen presenterades i en artikel i tidskriften Nature den 24 oktober 2019.

 

Forskarlaget utgörs av D. Watson (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Köpenhamns universitet, Danmark), C. J. Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland), J. Selsing (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Köpenhamns universitet, Danmark), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Tyskland), D. B. Malesani (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Köpenhamns universitet, Danmark), A. C. Andersen (Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, Danmark), J. P. U. Fynbo (Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Köpenhamns universitet, Danmark), A. Arcones (Institute of Nuclear Physics, Technical University of Darmstadt, Tyskland & GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Tyskland), A. Bauswein (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Tyskland & Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Tyskland), S. Covino (Astronomical Observatory of Brera, INAF, Milan, Italien), A. Grado (Capodimonte Astronomical Observatory, INAF, Naples, Italien), K. E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, Islands universitet, Reykjavík, Island & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Köpenhamns universitet, Danmark), L. Hunt (Arcetri Astrophysical Observatory, INAF, Florence, Italien), C. Kouveliotou (George Washington University, Physics Department, Washington DC, USA & Astronomy, Physics and Statistics Institute of Sciences), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Danmark, & Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, Danmark), A. Levan (Department of Physics, University of Warwick, UK), P. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK & Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Tyskland), E. Pian (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, INAF, Bologna, Italien).

 

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikel 
• ESO:s teleskop såg ljuset från gravitationsvågskälla
• Foton av VLT

Kontakter

Darach Watson
Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Mobil: +45 24 80 38 25
E-post: darach@nbi.ku.dk

Camilla J. Hansen
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Tel: +49 6221 528-358
E-post: hansen@mpia.de

Jonatan Selsing
Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Copenhagen, Denmark
Mobil: +45 61 71 43 46
E-post: jselsing@nbi.ku.dk

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-post: pio@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1917 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.