Eine Studie unter der Leitung des Astronomen Jan Roederer von der University of Michigan identifizierte 65 Elemente im Stern HD 222925. 42 der identifizierten Elemente sind schwere Elemente, die am Ende des Periodensystems der Elemente aufgeführt sind.
Die Identifizierung dieser Elemente in einem einzelnen Stern wird Astronomen dabei helfen, den sogenannten Prozess des schnellen Neutroneneinfangs zu verstehen, oder einen der Hauptwege, auf denen schwere Elemente im Universum gebildet werden.
Soweit ich weiß, ist dies ein Rekord für jedes Objekt außerhalb unseres Sonnensystems. Und was diesen Stern so einzigartig macht, ist, dass er einen sehr hohen relativen Anteil der Elemente hat, die in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems aufgeführt sind. Wir haben sogar Gold gefunden“, sagte Jan Roederer.
Diese Elemente wurden im Prozess des schnellen Neutroneneinfangs erzeugt. Das ist wirklich das, was wir zu studieren versuchen: Physik, um zu verstehen, wie, wo und wann diese Elemente entstanden sind.
Der Prozess, auch r-Prozess genannt, beginnt mit der Anwesenheit von leichteren Elementen wie Eisen. Dann werden schnell – in einer Zeit in der Größenordnung von einer Sekunde – Neutronen an die Kerne leichterer Elemente gebunden. Dadurch entstehen schwerere Elemente wie Selen, Silber, Tellur, Platin, Gold und Thorium, die in HD 222925 zu finden sind, die alle selten in Sternen vorkommen, sagen Astronomen.
Man braucht viele freie Neutronen und sehr energiereiche Bedingungen, um sie freizusetzen und den Atomkernen hinzuzufügen“, sagt Jan Roederer. Es gibt nicht viele Umgebungen, in denen dies passieren kann - vielleicht zwei.
Eines dieser Medien wurde bestätigt: die Verschmelzung von Neutronensternen. Neutronensterne sind die kollabierten Kerne von Überriesensternen und die kleinsten und dichtesten bekannten Himmelsobjekte. Die Kollision von Paaren von Neutronensternen erzeugt Gravitationswellen, und 2017 entdeckten Astronomen erstmals Gravitationswellen aus einer Neutronensternverschmelzung. Eine weitere Option für die Entstehung des r-Prozesses ist der explosive Tod massereicher Sterne.
Dies ist ein wichtiger Schritt nach vorne: zu verstehen, wo der R-Prozess stattfinden kann. Aber ein viel größerer Schritt ist zu sagen: Was hat dieses Ereignis eigentlich bewirkt? Was wurde dort produziert? sagte Jan Röderer. Hier beginnt unsere Erkundung.
Die von Roederer und seinem Team in HD 222925 identifizierten Elemente wurden entweder durch eine gewaltige Supernova-Explosion oder durch die Verschmelzung von Neutronensternen sehr früh im Universum gebildet. Das Material wurde zurück in den Weltraum geschossen, wo es später den Stern bildete, den Astronomen heute untersuchen.
Dieser Stern kann dann als Modell dafür verwendet werden, was als Ergebnis eines dieser Ereignisse passiert sein könnte. Jedes in Zukunft entwickelte Modell, das zeigt, wie der r-Prozess oder die Natur Elemente in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems produziert, sollte die gleiche Signatur wie HD 222925 haben.
Wichtig ist, dass Astronomen ein Instrument am Hubble-Weltraumteleskop verwendeten, das ultraviolette Spektren sammeln kann. Mit diesem Instrument konnten Astronomen Licht im ultravioletten Teil des Lichtspektrums sammeln – schwaches Licht, das von einem kühlen Stern wie HD 222925 stammt.
Die Astronomen verwendeten auch eines der Magellan-Teleskope am Las Campanas-Observatorium in Chile, um Licht von HD 222925 im optischen Teil des Lichtspektrums zu sammeln.
Diese Spektren kodieren den chemischen Fingerabdruck der Elemente innerhalb von Sternen, und das Lesen dieser Spektren ermöglicht es Astronomen, nicht nur die in einem Stern enthaltenen Elemente zu identifizieren, sondern auch, wie viel des Elements in dem Stern enthalten ist.
Ian U. Roederer et al, The R-Process Alliance: A Nearly Complete R-Process Abundance Template Derived from Ultraviolet Spectroscopy of the R-Process-Enhanced Metal-Poor Star HD 222925. arXiv:2205.03426v1 [astro-ph.SR], arxiv.org/abs/2205.03426
2022-05-14 06:25:33
Autor: Vitalii Babkin