Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra Strontium sau hậu quả của vụ va chạm giữa hai ngôi sao neutron. Đây là lần đầu tiên một nguyên tố nặng được xác định trong một kilonova, hậu quả bùng nổ của các loại va chạm này. Khám phá này tạo ra một lỗ hổng trong sự hiểu biết của chúng ta về cách các yếu tố nặng hình thành.
Năm 2017, Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) và đài quan sát VIRGO của châu Âu đã phát hiện ra sóng hấp dẫn đến từ sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron. Sự kiện sáp nhập được đặt tên là GW170817 và cách thiên hà NGC 4993 khoảng 130 triệu năm ánh sáng.
Kilonova thu được được gọi là AT2017gfo và Đài thiên văn Nam châu Âu (ESO) đã chỉ một số kính viễn vọng của họ vào nó để quan sát nó ở các bước sóng khác nhau. Cụ thể, họ đã hướng Kính thiên văn rất lớn (VLT) và dụng cụ bắn súng X của nó vào kilonova.
Máy bắn X là máy quang phổ đa bước sóng quan sát được trong ánh sáng nhìn thấy của tia cực tím B (UVB,) và cận hồng ngoại (NIR.) Ban đầu, dữ liệu của máy bắn X cho thấy có các nguyên tố nặng hơn hiện diện trong kilonova. Nhưng cho đến bây giờ, họ không thể xác định các yếu tố cá nhân.
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.
Darach Watson, Tác giả chính, Đại học Copenhagen.
Những kết quả mới này được trình bày trong một nghiên cứu mới có tiêu đề Nhận dạng strontium của strontium trong sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron. Tác giả chính là Darach Watson từ Đại học Copenhagen ở Đan Mạch. Bài báo đã được đăng trên tạp chí Thiên nhiên vào ngày 24 tháng 10 năm 2019.
Sau khi phân tích lại dữ liệu năm 2017 từ vụ sáp nhập, chúng tôi đã xác định được chữ ký của một nguyên tố nặng trong quả cầu lửa này, strontium, chứng minh rằng sự va chạm của các ngôi sao neutron tạo ra nguyên tố này trong Vũ trụ, Watson nói trong thông cáo báo chí.
Việc rèn các nguyên tố hóa học được gọi là tổng hợp hạt nhân. Các nhà khoa học đã biết về nó trong nhiều thập kỷ. Chúng ta biết rằng các yếu tố hình thành trong siêu tân tinh, ở các lớp ngoài của các ngôi sao già và trong các ngôi sao thông thường. Nhưng có một khoảng trống trong sự hiểu biết của chúng ta khi bắt giữ neutron, và các yếu tố nặng hơn được hình thành như thế nào. Theo Watson, phát hiện này lấp đầy khoảng trống đó.
Watson là giai đoạn cuối cùng của một cuộc rượt đuổi kéo dài hàng thập kỷ để xác định nguồn gốc của các yếu tố, Watson nói. Bây giờ chúng ta biết rằng các quá trình tạo ra các nguyên tố xảy ra chủ yếu ở các ngôi sao bình thường, 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, chưa được khám phá, được gọi là sự bắt giữ neutron nhanh chóng, đã tạo ra các nguyên tố nặng hơn trong bảng tuần hoàn.
Có hai loại bắt neutron: nhanh và chậm. Mỗi loại bắt neutron chịu trách nhiệm tạo ra khoảng một nửa các nguyên tố nặng hơn sắt. Việc bắt neutron nhanh cho phép một hạt nhân nguyên tử bắt được neutron nhanh hơn nó có thể phân rã, tạo ra các nguyên tố nặng. Quá trình này đã được thực hiện từ nhiều thập kỷ trước và bằng chứng gián tiếp đã chỉ ra kilonovae là nơi có khả năng xảy ra quá trình bắt neutron nhanh chóng. Nhưng nó không bao giờ được quan sát tại một địa điểm thiên văn, cho đến bây giờ.
Các ngôi sao đủ nóng để tạo ra nhiều yếu tố. Nhưng chỉ những môi trường nóng khắc nghiệt nhất mới có thể tạo ra các yếu tố nặng hơn như Strontium. Chỉ những môi trường như kilonova này mới có đủ neutron tự do xung quanh. Trong một kilonova, các nguyên tử liên tục bị bắn phá bởi số lượng lớn neutron, cho phép quá trình bắt neutron nhanh chóng để tạo ra các nguyên tố nặng hơn.
Đây là lần đầu tiên chúng ta có thể liên kết trực tiếp vật liệu mới được hình thành thông qua sự bắt giữ neutron với sự hợp nhất sao neutron, xác nhận rằng các sao neutron được tạo ra từ neutron và buộc quá trình bắt neutron nhanh chóng được tranh cãi với các vụ sáp nhập đó, Camilla Juul nói Hansen từ Viện Thiên văn học Max Planck ở Heidelberg, người đóng vai trò chính trong nghiên cứu.
Mặc dù dữ liệu game bắn súng X đã xuất hiện được vài năm, nhưng các nhà thiên văn học đã chắc chắn rằng họ đang nhìn thấy strontium trong kilonova. Họ nghĩ rằng họ đã nhìn thấy nó, nhưng không thể chắc chắn ngay lập tức. Sự hiểu biết của chúng ta về sự hợp nhất sao kilonovae và neutron còn lâu mới hoàn thành. Có những phức tạp trong phổ X-game bắn súng của kilonova phải được xử lý, đặc biệt khi xác định phổ của các nguyên tố nặng hơn.
Chúng tôi thực sự nảy ra ý tưởng rằng chúng tôi có thể sẽ thấy strontium khá nhanh sau sự kiện này. Tuy nhiên, cho thấy điều này là cực kỳ nguy hiểm, vụ việc hóa ra rất khó khăn. Khó khăn này là do kiến thức không đầy đủ của chúng tôi về sự xuất hiện phổ của các yếu tố nặng hơn trong bảng tuần hoàn, ông Jonatan Selsing, nhà nghiên cứu của Đại học Copenhagen, là tác giả chính của bài báo cho biết.
Cho đến bây giờ, việc bắt neutron nhanh chóng được tranh luận nhiều, nhưng chưa bao giờ được quan sát. Công việc này lấp đầy một trong những lỗ hổng trong sự hiểu biết của chúng ta về tổng hợp hạt nhân. Nhưng nó đi xa hơn thế. Nó khẳng định bản chất của sao neutron.
Sau khi neutron được James Chadwick phát hiện vào năm 1932, các nhà khoa học đã đề xuất sự tồn tại của ngôi sao neutron. Trong một bài báo năm 1934, các nhà thiên văn học Fritz Zwicky và Walter Baade đã đưa ra quan điểm rằng một siêu sao mới thể hiện sự chuyển đổi của một ngôi sao bình thường thành mộtngôi sao neutron, bao gồm chủ yếu là neutron. Một ngôi sao như vậy có thể sở hữu bán kính rất nhỏ và mật độ cực cao.
Ba thập kỷ sau, các sao neutron được liên kết và xác định bằng các pulsar. Nhưng không có cách nào để chứng minh rằng các sao neutron được tạo ra từ neutron, bởi vì các nhà thiên văn học không thể có được xác nhận quang phổ.
Nhưng phát hiện này, bằng cách xác định strontium, chỉ có thể được tổng hợp dưới dòng neutron cực đoan, chứng minh rằng các sao neutron thực sự được tạo ra từ neutron. Như các tác giả đã nói trong bài báo của họ, Nhận dạng ở đây về một nguyên tố chỉ có thể được tổng hợp quá nhanh dưới dòng neutron cực đoan, cung cấp bằng chứng quang phổ trực tiếp đầu tiên rằng các sao neutron bao gồm vật chất giàu neutron.
Đây là công việc quan trọng. Khám phá này đã cắm hai lỗ hổng trong sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc của các yếu tố. Nó xác nhận quan sát những gì các nhà khoa học biết về mặt lý thuyết. Và điều đó luôn luôn tốt.
Hơn:
- Thông cáo báo chí: Nhận dạng đầu tiên về một nguyên tố nặng sinh ra từ vụ va chạm sao neutron
- Tài liệu nghiên cứu: Xác định strontium trong sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron
- Wikipedia: Chụp neutron
- Giấy 1934: Tia vũ trụ từ Super-Novae
