Ahli astronomi telah melihat Strontium selepas pertembungan antara dua bintang neutron. Ini adalah kali pertama unsur berat dikenalpasti dalam kilonova, letupan akibat pelanggaran jenis ini. Penemuan ini meletakkan lubang dalam pemahaman kita tentang bagaimana unsur-unsur berat terbentuk.
Pada tahun 2017, Observatorium Gelombang Interferometer Laser (LIGO) dan balai cerap Eropah VIRGO mengesan gelombang graviti yang berasal dari penggabungan dua bintang neutron. Acara penggabungan diberi nama GW170817, dan jaraknya sekitar 130 juta tahun cahaya di galaksi NGC 4993.
Kilonova yang dihasilkan disebut AT2017gfo, dan Observatorium Selatan Eropah (ESO) menunjukkan beberapa teleskop mereka ke arahnya untuk memerhatikannya dalam panjang gelombang yang berbeza. Secara khusus, mereka mengarahkan Teleskop Sangat Besar (VLT) dan instrumen penembak X-nya di kilonova.
X-shooter adalah spektrograf multi-gelombang panjang yang diperhatikan dalam cahaya tampak Ultraviolet B (UVB,), dan Near Infrared (NIR.) Pada mulanya, data X-shooter menunjukkan bahawa terdapat unsur-unsur yang lebih berat di kilonova. Tetapi sehingga sekarang, mereka tidak dapat mengenal pasti elemen individu.
"Ini adalah tahap akhir pengejaran selama puluhan tahun untuk menentukan asal-usul elemen."
Darach Watson, Pengarang Utama, Universiti Copenhagen.
Hasil baru ini disajikan dalam sebuah studi baru yang berjudul "Identifikasi strontium dalam penggabungan dua bintang neutron." Penulis utama adalah Darach Watson dari University of Copenhagen di Denmark. Makalah itu diterbitkan dalam jurnal Alam semula jadi pada 24 Oktober 2019.
"Dengan menganalisa semula data 2017 dari penggabungan, kami sekarang telah mengenal pasti tanda satu elemen berat dalam bola api ini, strontium, membuktikan bahawa perlanggaran bintang neutron menciptakan elemen ini di Alam Semesta," kata Watson dalam siaran pers.
Penempaan unsur kimia disebut nukleosintesis. Para saintis telah mengetahui mengenainya selama beberapa dekad. Kita tahu bahawa unsur-unsur terbentuk dalam supernova, di lapisan luar bintang penuaan, dan pada bintang biasa. Tetapi ada jurang dalam pemahaman kita mengenai penangkapan neutron, dan seberapa besar unsur yang terbentuk. Menurut Watson, penemuan ini mengisi jurang itu.
"Ini adalah tahap akhir pengejaran selama puluhan tahun untuk menentukan asal-usul elemen," kata Watson. "Kami tahu sekarang bahawa proses yang menciptakan unsur-unsur itu terjadi pada bintang biasa, letupan supernova, atau lapisan luar bintang lama. Tetapi, hingga sekarang, kami tidak mengetahui lokasi proses terakhir yang belum ditemui, yang dikenali sebagai penangkapan neutron cepat, yang menciptakan unsur-unsur yang lebih berat dalam jadual berkala. "
Terdapat dua jenis penangkapan neutron: cepat dan perlahan. Setiap jenis penangkapan neutron bertanggungjawab untuk membuat kira-kira separuh unsur yang lebih berat daripada besi. Penangkapan neutron yang cepat membolehkan nukleus atom menangkap neutron lebih cepat daripada yang boleh mereput, mewujudkan unsur berat. Proses ini dilakukan puluhan tahun yang lalu, dan bukti-bukti tertentu menunjukkan kilonova sebagai tempat yang mungkin untuk proses penangkapan neutron cepat. Tetapi tidak pernah diperhatikan di laman astrofizik, hingga sekarang.
Bintang cukup panas untuk menghasilkan banyak unsur. Tetapi hanya persekitaran panas yang paling melampau yang boleh membuat elemen yang lebih berat seperti Strontium. Hanya persekitaran tersebut, seperti kilonova ini, yang mempunyai cukup banyak neutron bebas. Dalam kilonova, atom terus dibombardir oleh sejumlah besar neutron, yang memungkinkan proses penangkapan neutron cepat untuk membuat unsur-unsur yang lebih berat.
"Ini adalah pertama kalinya kita dapat secara langsung mengaitkan bahan yang baru dibuat yang terbentuk melalui penangkapan neutron dengan penggabungan bintang neutron, mengesahkan bahawa bintang neutron terbuat dari neutron dan mengikat proses penangkapan neutron cepat yang lama diperdebatkan dengan penggabungan seperti itu," kata Camilla Juul Hansen dari Institut Max Planck untuk Astronomi di Heidelberg, yang memainkan peranan utama dalam kajian ini.
Walaupun data penembak X telah wujud selama beberapa tahun, para astronom tidak pasti bahawa mereka melihat strontium di kilonova. Mereka fikir mereka melihatnya, tetapi langsung tidak dapat memastikannya. Pemahaman kami mengenai penggabungan bintang kilonovae dan neutron jauh dari lengkap. Terdapat kerumitan dalam spektrum penembak X kilonova yang harus ditangani, terutama ketika mengenal pasti spektrum elemen yang lebih berat.
"Kami benar-benar muncul dengan idea bahawa kami mungkin akan melihat strontium dengan cepat setelah acara tersebut. Namun, menunjukkan bahawa ini terbukti kes itu ternyata sangat sukar. Kesukaran ini disebabkan oleh pengetahuan kami yang sangat tidak lengkap mengenai penampilan spektrum unsur-unsur yang lebih berat dalam jadual berkala, ”kata penyelidik University of Copenhagen, Jonatan Selsing, yang merupakan pengarang utama dalam makalah tersebut.
Sehingga kini, penangkapan neutron cepat banyak diperdebatkan, tetapi tidak pernah diperhatikan. Karya ini mengisi salah satu lubang dalam pemahaman kita mengenai nukleosintesis. Tetapi ia lebih jauh dari itu. Ia mengesahkan sifat bintang neutron.
Setelah neutron ditemui oleh James Chadwick pada tahun 1932, para saintis mencadangkan adanya bintang neutron. Dalam makalah tahun 1934, ahli astronomi Fritz Zwicky dan Walter Baade mengemukakan pandangan bahawa "super-nova mewakili peralihan bintang biasa menjadibintang neutron, terdiri terutamanya daripada neutron. Bintang seperti itu mungkin mempunyai radius yang sangat kecil dan ketumpatan yang sangat tinggi. "
Tiga dekad kemudian, bintang neutron dihubungkan dan dikenal pasti dengan pulsar. Tetapi tidak ada cara untuk membuktikan bahawa bintang neutron terbuat dari neutron, kerana ahli astronomi tidak dapat memperoleh pengesahan spektroskopi.
Tetapi penemuan ini, dengan mengenal pasti strontium, yang hanya dapat disintesis di bawah fluks neutron yang melampau, membuktikan bahawa bintang neutron memang terbuat dari neutron. Seperti yang penulis katakan dalam makalah mereka, "Pengenalpastian elemen yang hanya dapat disintesis dengan begitu cepat di bawah fluks neutron yang ekstrim, memberikan bukti spektroskopi langsung pertama bahawa bintang-bintang neutron terdiri dari bahan kaya neutron."
Ini adalah kerja penting. Penemuan ini telah menghubungkan dua lubang dalam pemahaman kita mengenai asal usul unsur. Ini mengesahkan secara pemerhatian apa yang diketahui para saintis secara teori. Dan itu selalu baik.
Lagi:
- Siaran Akhbar: Pengenalpastian pertama elemen berat yang lahir dari pelanggaran bintang neutron
- Kertas Penyelidikan: Pengenalpastian strontium dalam penggabungan dua bintang neutron
- Wikipedia: Tangkapan Neutron
- Kertas 1934: Sinaran Kosmik dari Super-Novae
