Astronomowie odkryli wyjątkowo rzadką gwiazdę, która może pomóc w rozwiązaniu jednej z trwałych tajemnic astronomii: skąd pochodzą najcięższe elementy wszechświata.
Gwiazda o nazwie Lamost J0804+5740, mieszka w kiełbasie Gaia (zwana także Gaia enceladus), starożytnych pozostałości galaktyki krasnoludnej, która połączyła się z Droga Mleczna około 8 miliardów do 11 miliardów lat temu. Ten typ gwiazdy, znany jako gwiazda aktynidu, ma dużą liczebność elementów radioaktywnych znanych jako aktynides.
„Actinides to najcięższa grupa elementów na stole okresowym” – powiedział Space.com Anirudh Patel, doktorant w grupie teoretycznej wysokiej energii na Uniwersytecie Columbia, który nie był zaangażowany w badanie. „Obejmują one na przykład tor i uran i są wytwarzane przez proces R”.
Proces R, krótki dla „szybkiego procesu przechwytywania neutronów”, to seria reakcji jądrowych, które występują w ekstremalnych środowiskach astronomicznych, takich jak podczas fuzji gwiazd neutronowych lub niektórych rodzajów supernowegdzie jądra atomowe szybko wchłania neutrony Zanim będą mieli szansę na rozpad, stając się cięższymi elementami.
„W ten sposób syntetyzuje się około połowy elementów w naszym wszechświecie niż żelazo” – wyjaśnił Patel. „Proces R wymaga bardziej ekstremalnych środowisk astrofizycznych niż typowe fuzja jądrowa Reakcje, które mają miejsce w rdzeni masywnych gwiazd. Jednak pełne zrozumienie astrofizycznego pochodzenia Procesów R pozostało nieuchwytne od dziesięcioleci ”.
Bezpośrednie obserwacje programu R w działaniu są rzadkie. Do tej pory astronomowie zidentyfikowali dwa prawdopodobne kosmiczne miejsca, w których występuje. Jeden to połączenie Gwiazdy neutronowea ostatnio Patel i współpracownicy Zgłoszone dowody że może również wystąpić w bardzo magnetyzowanych gwiazdach neutronowych zwanych magnetarami.
Chociaż odkrycia te są krokami we właściwym kierunku, wciąż nie wyjaśniają, w jaki sposób powstają większość ciężkich elementów wszechświata. Same znane miejsca R-procesowe nie mogą w pełni wyjaśnić obserwowanej obfitości ciężkich pierwiastków, takich jak uran, tor i złoto. Wynika to z faktu, że są zbyt rzadkie lub rzadkie, aby wytworzyć samą ilość ciężkich elementów, które obserwujemy dzisiaj, sugerując, że inne, jeszcze odkryte źródła muszą się przyczyniać.
Obserwacje J0804+5740, pierwszej gwiazdy aktyńskiej zidentyfikowanej w kiełbasie Gaia, stanowią nowy ekscytujący kawałek układanki. „Badanie donosi o kompleksowym zestawie danych chemicznych, identyfikując nową gwiazdę wzbogaconej w R-Process”-powiedział Patel. „To, wraz z innymi danymi i modelami teoretycznymi, będzie odgrywać rolę w [pinning down] Pochodzenie elementów Process R we wszechświecie ”.
Aby ustalić, które elementy są obecne w gwiazdce i odkryć procesy, które je wytwarzały, astronomowie używają techniki znanej jako spektroskopia atomowa.
„Chodzi o to, że elektrony Zajmuje różne poziomy energii w atomach – powiedział Patel. „Odstępy między tymi poziomami energii mogą być różne w atomach różnych elementów. Jeśli atom siedzi w atmosferze gwiazdy, może wchłonąć światło z gwiazdy, a jego elektrony mogą przejść między wewnętrznymi poziomami energii. Różne elementy mają inną strukturę atomową[s]więc podczas tych przejść pochłaniają różne częstotliwości światła ”.
Korzystając z specjalistycznych instrumentów, naukowcy obserwują mniej światła w określonych kolorach, w których pierwiastki pochłaniają go ze względu na ich wewnętrzny poziom energii. Pomaga im to zmierzyć, ile z tych elementów jest w atmosferze gwiazdy.
Zespół naukowy badania był podekscytowany, że po przeprowadzeniu analizy elementarnej stwierdzili, że J0804+5740 stanowi rzadki przykład gwiazdy aktyńskiego z stosunkowo wysoką metalicznością-ogólną obfitością pierwiastków cięższych niż helium w gwiazdzie.
Gwiazdy aktynidu-boosta zazwyczaj pokazują jedynie niezwykle dużą liczbę aktyndów, takich jak tor i uran, w stosunku do innych ciężkich elementów wytwarzanych przez proces R, ale ten wzmocnienie zwykle pojawia się w gwiazdach, które są ubogie w metal lub mają niską metaliczność.
To sprawia, że J0804+5740 jest trochę dziwakiem. „Jak większość R-Process Ulepszone gwiazdy, wzór obfitości większości ciężkich elementów przechwytywania neutronów w J0804+5740 dobrze zgadza się z słonecznym R-Proces, wskazujący, że główny R-Process wyprodukował te elementy we wczesnym wszechświecie -napisał zespół w artykule opublikowanym w Listy astrofizyczne dziennika. „Jednak niektóre elementy wykazują odchylenia od [a typical] słoneczny R-Wzór obfitości Proces. ”
Podąża za oczekiwanym wzorem dla bardzo ciężkich elementów, ale pokazuje także nieoczekiwanie dużą obfitość lżejszych elementów procesowych, takich jak bar, lantan i cerium. “[Their abundance] W gwiazdy J0804+5740 jest kilka razy większe niż w naszym własnym Układzie Słonecznym ”-powiedział Patel.„ Oznacza to, że istnieje wiele rodzajów miejsc Process-w szczególności takie, które mogłyby zapewnić stosunkowo dużą obfitość tych lekkich elementów Process ”.
Aby lepiej zrozumieć pochodzenie dziwnej gwiazdy, zespół przeanalizował ruchy J0804+5740 i podobnych gwiazd. Odkryli, że gwiazdy aktyńskie są dwa razy bardziej prawdopodobne, że przybyły spoza Drogi Mlecznej, sugerując, że urodziły się w mniejszych galaktykach, które później wciągnęły się w nasze. Wskazuje to na ważną wskazówkę: zjawisko Boosta aktynidu może występować częściej w starszych, mniejszych galaktykach.
Modele teoretyczne wskazują, że jednym możliwym źródłem może być rzadka i potężna eksplozja znana jako supernowa napędzana magneto-rotacyjnie. Te ekstremalne zdarzenia mogą stworzyć rodzaj środowisk bogatych w neutron potrzebny do produkcji aktyndów, szczególnie w galaktyki Jak kiełbasa Gaia.
„Modele teoretyczne są obiecujące, ale nie są pozbawione swoich niepewności” – powiedział Patel. „Potrzebne są więcej ograniczeń obserwacyjnych, aby ocenić, jak dobrze te modele odtwarzają to, co faktycznie dzieje się w naturze”.
Niezależnie od tego, te odchylenia elementarne w J0804+5740 sugerują bardziej złożone pochodzenie nukleosyntetyczne-prawdopodobnie obejmujące wiele rodzajów zdarzeń R lub wkładu z innych procesów poza głównym procesem R.
„Oznacza to, że nie mamy jeszcze pełnego obrazu” – powiedział Patel. „Przyszłe obserwacje […] Wyjmie więcej o naturze miejsc Procesów R we wszechświecie-powiedział Patel. „Wraz z nowymi i zaawansowanymi modelami teoretycznymi będzie to niezbędne do rozwiązania tajemnicy Process i zakończenia naszego zrozumienia pochodzenia elementów”.
