天文学者は、2つの中性子星間の衝突の後にストロンチウムを発見しました。これらのタイプの衝突の爆発的な余波であるキロノバで重い元素が特定されたのはこれが初めてです。この発見は、重元素がどのように形成されるかについての理解に穴をあけます。
2017年、レーザー干渉計重力波天文台（LIGO）とヨーロッパのVIRGO天文台は、2つの中性子星の合体から来る重力波を検出しました。合併イベントはGW170817と名付けられ、銀河NGC 4993で約130百万光年離れていました。
結果のキロノバはAT2017gfoと呼ばれ、ヨーロッパ南天天文台（ESO）はいくつかの望遠鏡をそれに向けて、異なる波長で観測しました。特に、彼らは超大型望遠鏡（VLT）とそのX射撃装置をキロノバに向けました。
Xシューターは、紫外B（UVB）の可視光と近赤外線（NIR）で観測する多波長分光器です。最初、Xシューターのデータは、キロノバに重い元素が存在することを示唆していました。しかし、今まで、彼らは個々の要素を識別することができませんでした。
「これは、要素の起源を突き止めるための数十年にわたる追跡の最終段階です。」
コペンハーゲン大学の主執筆者、ダラッハワトソン。
これらの新しい結果は、「2つの中性子星の合併におけるストロンチウムの同定」というタイトルの新しい研究で発表されました。主執筆者はデンマークのコペンハーゲン大学のダラックワトソンです。論文がジャーナルに掲載されました 自然 2019年10月24日。
「合併による2017年のデータを再分析することにより、この火球の1つの重い元素であるストロンチウムのシグネチャを特定しました。中性子星の衝突が宇宙でこの元素を生成することを証明しています」とワトソンはプレスリリースで述べています。
化学元素の鍛造は、元素合成と呼ばれています。科学者は何十年もの間それについて知っています。元素は、超新星、老朽化した星の外層、通常の星で形成されることを知っています。しかし、中性子捕獲に関しては、そしてより重い元素がどのように形成されるかに関して、私たちの理解にはギャップがありました。ワトソンによれば、この発見はそのギャップを埋めます。
「これは、要素の起源を突き止めるための数十年にわたる追跡の最終段階です」とワトソン氏は言います。 「私たちは今、元素を生成するプロセスが通常の星、超新星爆発、または古い星の外層で起こったことを知っています。しかし、これまでは、周期表でより重い元素を作成した、高速中性子捕獲と呼ばれる、発見されていない最後のプロセスの場所を知りませんでした。」
中性子捕獲には、高速と低速の2つのタイプがあります。中性子捕獲の各タイプは、鉄より重い元素の約半分の生成に関与しています。迅速な中性子捕獲により、原子核は崩壊するよりも速く中性子を捕獲し、重い元素を生成することができます。プロセスは数十年前に解決され、状況証拠により、急速な中性子捕獲プロセスが行われる可能性が高い場所としてキロノバが指摘されました。しかし、これまで、天体物理学の現場では観測されていませんでした。
星は、多くの要素を生成するのに十分なほど高温です。しかし、ストロンチウムのようなより重い要素を作成できるのは、最も極端な高温環境だけです。このキロノバのようなそれらの環境だけが周りに十分な自由中性子を持っています。キロノバでは、原子は常に大量の中性子によって衝突され、高速中性子捕獲プロセスでより重い元素を作成できます。
「中性子捕獲によって形成された新しく作成された物質を中性子星の合併と直接関連付けることができるのはこれが初めてです。この研究で大きな役割を果たしたハイデルベルクのマックスプランク天文学研究所のハンセン。
Xシューターのデータは数年前から存在していますが、天文学者はキロノバにストロンチウムが表示されていることを確信していませんでした。彼らはそれを見ていると思っていましたが、すぐには確信が持てませんでした。キロ新星と中性子星の融合に関する私たちの理解は、完全とはほど遠いものです。特に重い元素のスペクトルを特定することになると、KNOVAのX-Shooterスペクトルには複雑な問題がありました。
「私たちは実際に、イベント後すぐにストロンチウムを見ることになるかもしれないという考えを思いつきました。しかし、これが明らかにそのケースであることを示すことは、非常に難しいことが判明しました。コペンハーゲン大学の研究者、ジョナタンセルシング氏は、この論文の主要な執筆者であると述べています。
これまで、中性子の急速な捕捉については多くの議論がありましたが、観測されたことはありませんでした。この作品は、私たちの元素合成の理解における穴の1つを埋めます。しかし、それだけではありません。中性子星の性質を確認します。
中性子が1932年にジェームズチャドウィックによって発見された後、科学者は中性子星の存在を提案しました。 1934年の論文で、天文学者のフリッツズウィッキーとウォルターバードは、「超新星は普通の星から中性子星、主に中性子からなる。そのような星は非常に小さな半径と非常に高い密度を持っているかもしれません。」
30年後、中性子星はパルサーと関連付けられ、識別されました。しかし、中性子星が中性子でできていることを証明する方法はありませんでした。なぜなら、天文学者は分光学的確認を得ることができなかったからです。
しかし、この発見は、極度の中性子束の下でしか合成できなかったストロンチウムを特定することによって、中性子星が実際に中性子でできていることを証明しています。著者が論文で述べているように、「極端な中性子束の下で非常に迅速にしか合成できなかった元素のここでの同定は、中性子星が中性子に富む物質を構成するという最初の直接的な分光学的証拠を提供します。」
これは重要な仕事です。発見は、要素の起源の理解に2つの穴をふさいだ。それは科学者が理論的に知っていたことを観察的に確認します。そして、それは常に良いことです。
もっと：
- プレスリリース：中性子星の衝突から生まれた重元素の最初の同定
- 研究論文：2つの中性子星の合併におけるストロンチウムの同定
- ウィキペディア：Neutron Capture
- 1934年の論文：Super-Novaeからの宇宙線
