Pressemeddelelse

Tungt grundstof dannet ved kollision imellem neutronstjerner fundet for første gang

Nydannet strontium er for første gang fundet i rummet med ESO teleskop. Danske astronomer er med i front i den nye opdagelse

23. oktober 2019

For første gang er et nydannet tungt grundstof, nemlig strontium fundet i rummet i efterdønningerne af en kollision imellem to neutronstjerner. Den nye opdagelse er gjort med ESOs X-shooterspektrograf på Very Large Telescope (VLT), og den offentliggøres idag, 23. oktober 2019 i tidsskriftet Nature. Opdagelsen er en bekræftelse af, at de tunge grundstoffer i Universet kan dannes ved sammenstød af neutronstjerner. Dermed har vi fundet en af de manglende brikker til puslespillet om dannelsen af de grundstoffer, vi kender. Og der er en særlig grund til at fejre opdagelsen med fyrværkeri, for det er strontiumsalt, som giver den flotte røde farve!

Efter opdagelsen i 2017 af tyngdekraftsbølger, som strømmede forbi Jorden, rettede ESO sine teleskoper i Chile, og blandt andet VLT, imod kilden: et sammenstød, som har katalogbetegnelsen GW170817, imellem to neutronstjerner. Astronomerne havde en mistanke om, at tunge grundstoffer kan dannes i neutronstjernesammenstød, og at man så ville kunne finde spor af den slags grundstoffer i kilonovaer - eksplosionen som følger efter sådan et sammenstød. Det er lige det, som nu er sket, med brug af data fra instrumentet X-shooter, som er monteret på VLT.

Siden GW170817-hændelsen har ESOs teleskoper holdt øje med kilonovaeksplosionens udvikling i et bredt  bølgelængdeområde. X-shooter kan især optage  spektrer i området fra ultraviolet til nær-infrarød. Den første analyse af disse spektrer antydede, at der var dannet tunge grundstoffer i kilonovaen, men indtil nu har astronomerne ikke kunnet udpege præcist hvilke grundstoffer der er tale om.

"Vi har genanalyseret data fra sammenstødet i 2017, og nu har vi identificeret sporet af eet tungt grundstof i eksplosionen, nemlig strontium, så vi har vist, at kollision imellem neutronstjerner kan danne dette grundstof i Universet," siger hovedforfatteren til artiklen Darach Watson fra Københavns Universitet. Her på Jorden forekommer strontium naturligt i jorden, og det findes mere koncentreret i visse mineraler. Det er strontiumsalte, som giver fyrværkeri den klare røde farve.

Astronomerne har kendt til de fysiske processer, som danner grundstofferne siden 1950'erne. I de følgende årtier har forskerne også fundet frem til, hvor i rummet disse store atomkernefabrikker befinder sig, bortset fra eet. "Det her er sidste trin i en årtier lang jagt for at finde ud af, hvor de forskellige grundstoffer dannes," fortæller Watson. "Vi véd, at de processer, som har dannet grundstofferne, hovedsagelig er foregået i almindelige stjerner eller i de ydre lag af gamle stjerner. Men indtil nu har vi ikke vidst, hvor den manglende proces - det, som kaldes hurtig neutronindfangning - har kunnet foregå. Det er den proces, som danner de tungeste grundstoffer i det periodiske system."

Ved hurtig neutronindfangning indfanger en atomkerne en neutron, og det skaber mulighed for dannelsen af meget tunge grundstoffer. Selvom mange af grundstofferne dannes i stjernernes indre, er der selv der ikke kræfter, som er stærke nok til at danne grundstoffer som for eksempel strontium, der er tungere end jern. Hurtig neutronindfangning kræver meget intense energier, så det kan kun foregå naturligt i ekstreme situationer, hvor atomkerner bliver bombarderet med enorme mængder af neutroner.

"Det her er første gang, hvor vi direkte kan sammenholde stof, som er nydannet ved neutronindfangning med sammenstødet imellem neutronstjerner, og det bekræfter dels, at neutronstjerner faktisk består af neutroner, og dels at hurtig neutronindfangning, som det så længe har været debatteret, er koblet til denne type sammenstød," siger Camilla Juul Hansen fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg. Hun har også haft en større rolle i undersøgelsen.

Først nu begynder forskerne bedre at kunne forstå neutronstjernesammenstød og kilonovaer. Den begrænsede forståelse af disse nye fænomener, samt andre udfordringer i spektrerne, som er optaget med VLTs X-shooter har gjort, at astronomerne først for nyligt har været istand til at identificere individuelle grundstoffer i spektrerne.

"Faktisk fik vi ret tidligt efter observationerne ideen om, at vi måske ville kunne se strontium. Men det viste sig, at det var meget svært faktisk at underbygge ideen. Besværlighederne skyldtes, at vi generelt ikke kender ret meget til spektrerne for de tunge grundstoffer i det periodiske system," fortæller Jonatan Selsing fra Københavns Universitet. Han har også haft en ledende rolle i forbindelse med artiklen.

Sammenstødet GW170817 var den femte registrering af tyngdekraftsbølger nogensinde. Det kan gøres nu takket være NSFs og Virgo Interferometeret i Italien. Kilden befinder sig i galaksen NGC 4993, og det var det første sammenstød, og indtil nu det eneste, hvor kilden til en tyngdekraftsbølge også er blevet observeret i synligt lys med teleskoper fra Jordens overflade.

En samlet indsats fra LIGO, Virgo og VLT har givet os den hidtil klareste forståelse af, hvordan neutronstjerner og deres voldsomme sammenstød fungerer.

Mere information

Forskningsresultaterne her offentliggøres i en artikel i tidsskriftet Nature den 24. oktober 2019.

Forskerholdet består af D. Watson (Niels Bohr Institutet & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), C. J. Hansen (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland), J. Selsing (Niels Bohr Institutet & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), A. Koch (Center for Astronomy of Heidelberg University, Tyskland), D. B. Malesani (DTU Space, Danmarks nationale Ruminstitut, Danmarks Tekniske Universitet, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), Anja C. Andersen (Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet), J. P. U. Fynbo (Niels Bohr Institutet & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), 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, Milano, Italien), A. Grado (Capodimonte Astronomical Observatory, INAF, Napoli, Italien), K. E. Heintz (Centre for Astrophysics and Cosmology, Science Institute, University of Iceland, Reykjavík, Island & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), L. Hunt (Arcetri Astrophysical Observatory, INAF, Firenze, Italien), C. Kouveliotou (George Washington University, Physics Department, Washington DC, USA & Astronomy, Physics and Statistics Institute of Sciences), G. Leloudas (DTU Space, Danmarks nationale Ruminstitut, Danmarks Tekniske Universitet, & Niels Bohr Institute & Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet), 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 er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. Australien er med som strategisk partner. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen
• ESO Telescopes Observe First Light from Gravitational Wave Source
• Fotos af VLT

Kontakter

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

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

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

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

Ole J. Knudsen (press contact Danmark)
ESO Science Outreach Network and Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
Email: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1917 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.