Zwei Neutronensterne zerschmetterten und erschütterten das Universum und lösten eine epische Explosion aus, die als "Kilonova" bezeichnet wurde und viel ultradichtes, ultrahotes Material in den Weltraum spuckte. Jetzt haben Astronomen die bislang schlüssigsten Beweise dafür vorgelegt, dass sich nach dieser Explosion ein Element mit fehlenden Gliedern gebildet hat, das helfen könnte, eine verwirrende Chemie des Universums zu erklären.
Als dieses Zittern - Wellen im Raum-Zeit-Gefüge, Gravitationswellen genannt - 2017 die Erde erreichte, löste es Gravitationswellendetektoren aus und wurde die erste Neutronensternkollision, die jemals entdeckt wurde. Sofort wirbelten Teleskope auf der ganzen Welt herum studiere das Licht der resultierenden Kilonova. Daten von diesen Teleskopen haben nun starke Hinweise darauf gezeigt, dass Strontium in der ausgestoßenen Materie wirbelt, ein schweres Element mit einer kosmischen Geschichte, die schwer zu erklären war, wenn man bedenkt, was Astronomen sonst noch über das Universum wissen.
Erde und Weltraum sind mit chemischen Elementen verschiedener Art übersät. Einige sind leicht zu erklären; Wasserstoff, der in seiner einfachsten Form aus nur einem Proton besteht, existierte kurz nach dem Urknall, als sich subatomare Teilchen zu bilden begannen. Helium mit zwei Protonen ist ebenfalls ziemlich einfach zu erklären. Unsere Sonne produziert es die ganze Zeit und zerschmettert Wasserstoffatome durch Kernfusion in ihrem heißen, dichten Bauch. Schwerere Elemente wie Strontium sind jedoch schwieriger zu erklären. Lange Zeit dachten die Physiker, diese kräftigen Elemente bildeten sich hauptsächlich während Supernovae - wie Kilonova, aber in kleinerem Maßstab und resultierten aus der Explosion massereicher Sterne am Ende ihres Lebens. Es ist jedoch klar geworden, dass Supernovae allein nicht erklären können, wie viele schwere Elemente es im Universum gibt.
Strontium, das nach dieser ersten entdeckten Neutronen-Stern-Kollision auftaucht, könnte eine alternative Theorie bestätigen, dass diese Kollisionen zwischen viel kleineren, ultradichten Objekten tatsächlich die meisten der schweren Elemente produzieren, die wir auf der Erde finden.
Die Physik braucht keine Supernovae oder Neutronensternfusionen, um jedes klobige Atom zu erklären. Unsere Sonne ist relativ jung und hell, daher schmilzt sie hauptsächlich Wasserstoff zu Helium. Größere, ältere Sterne können laut NASA mit ihren 26 Protonen eisenschwere Elemente verschmelzen. Kein Stern wird jedoch vor den letzten Augenblicken seines Lebens heiß oder dicht genug, um Elemente zwischen 27-Protonen-Kobalt und 92-Protonen-Uran zu produzieren.
Und doch finden wir auf der Erde immer schwerere Elemente, wie zwei Physiker in einem Artikel aus dem Jahr 2018 in der Zeitschrift Nature feststellten. Also das Geheimnis.
Etwa die Hälfte dieser extra schweren Elemente, einschließlich Strontium, wird durch einen Prozess namens "Rapid Neutron Capture" oder "R-Prozess" gebildet - eine Reihe von Kernreaktionen, die unter extremen Bedingungen ablaufen und Atome mit dichten Kernen bilden können mit Protonen und Neutronen. Wissenschaftler müssen jedoch noch herausfinden, welche Systeme im Universum extrem genug sind, um das schiere Volumen an R-Prozess-Elementen zu erzeugen, das in unserer Welt zu sehen ist.
Einige hatten vorgeschlagen, Supernovae seien der Schuldige. "Bis vor kurzem behaupteten Astrophysiker vorsichtig, dass die bei R-Prozess-Ereignissen gebildeten Isotope hauptsächlich aus Kernkollaps-Supernovae stammen", schrieben die Nature-Autoren im Jahr 2018.
So würde diese Supernova-Idee funktionieren: Detonierende, sterbende Sterne erzeugen Temperaturen und Drücke, die über alles hinausgehen, was sie im Leben produzieren, und spucken komplexe Materialien in kurzen, heftigen Blitzen ins Universum aus. Es ist Teil der Geschichte, die Carl Sagan in den 1980er Jahren erzählte, als er sagte, dass wir alle aus "Star-Sachen" bestehen.
Jüngste theoretische Arbeiten haben laut den Autoren dieses Nature-Artikels aus dem Jahr 2018 gezeigt, dass Supernovae möglicherweise nicht genügend R-Prozess-Materialien produzieren, um ihr Übergewicht im Universum zu erklären.
Geben Sie Neutronensterne ein. Die Leichen der Superdense, die nach einigen Supernovae übrig geblieben sind (übertroffen nur durch schwarze Löcher in der Masse pro Kubikzoll), sind in Sternform winzig und haben eine Größe, die den amerikanischen Städten nahe kommt. Aber sie können Sterne in voller Größe überwiegen. Wenn sie zusammenschlagen, erschüttern die resultierenden Explosionen das Gewebe der Raumzeit stärker als jedes andere Ereignis als das Kollidieren von Schwarzen Löchern.
Und bei diesen wütenden Fusionen haben Astronomen zu vermuten begonnen, dass sich genügend R-Prozess-Elemente bilden könnten, um ihre Zahlen zu erklären.
Frühe Studien des Lichts aus der Kollision von 2017 deuteten darauf hin, dass diese Theorie korrekt war. Astronomen sahen Hinweise auf Gold und Uran in der Art und Weise, wie das Licht durch das Material der Explosion gefiltert wurde, wie Live Science damals berichtete, aber die Daten waren immer noch verschwommen.
Ein neues Papier, das gestern (23. Oktober) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, bietet die bisher stärkste Bestätigung dieser frühen Berichte.
"Wir kamen tatsächlich auf die Idee, dass wir nach dem Ereignis ziemlich schnell Strontium sehen könnten. Es erwies sich jedoch als sehr schwierig, zu zeigen, dass dies nachweislich der Fall war", sagte der Studienautor Jonatan Selsing, Astronom an der Universität von Kopenhagen. sagte in einer Erklärung.
Die Astronomen waren sich damals nicht sicher, wie schwere Elemente im Weltraum aussehen würden. Aber sie haben die Daten für 2017 erneut analysiert. Und diesmal, da sie mehr Zeit hatten, um an dem Problem zu arbeiten, fanden sie ein "starkes Merkmal" im Licht der Kilonova, die direkt auf Strontium zeigt - eine Signatur des R-Prozesses und ein Beweis dafür, dass sich dort wahrscheinlich andere Elemente gebildet haben Nun, sie haben in ihrer Zeitung geschrieben.
Mit der Zeit wird wahrscheinlich ein Teil des Materials aus dieser Kilonova in die Galaxie gelangen und möglicherweise Teil anderer Sterne oder Planeten werden, sagten sie. Vielleicht wird es irgendwann dazu führen, dass zukünftige außerirdische Physiker in den Himmel schauen und sich fragen, woher all dieses schwere Zeug auf ihrer Welt kommt.
