Niewielka pobliska galaktyka ozłocona przez gwiazdy neutronowe

Zdjęcie galaktyki Reticulum II uzyskane w ramach Dark Energy Survey przy wykorzystaniu 4-metrowego teleskopu Blanco w Cerro Tololo Inter-American Observatory. Dziewięć gwiazd opisanych w artykule zaznaczono na czerwono. Widma wskazują na bardzo silną obecność baru w trzech gwiazdach. Tło: Dark Energy Survey/Fermilab. Pierwszy plan: Alexander Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti oraz Josh Simon
Zdjęcie galaktyki Reticulum II uzyskane w ramach Dark Energy Survey przy wykorzystaniu 4-metrowego teleskopu Blanco w Cerro Tololo Inter-American Observatory. Dziewięć gwiazd opisanych w artykule zaznaczono na czerwono. Widma wskazują na bardzo silną obecność baru w trzech gwiazdach. Tło: Dark Energy Survey/Fermilab. Pierwszy plan: Alexander Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti oraz Josh Simon

Najlżejsze pierwiastki w układzie okresowym powstały w kilka minut po Wielkim Wybuchu. Cięższe pierwiastki chemiczne powstały w gwiazdach, albo wskutek fuzji jądrowej w ich wnętrzach, albo w katastroficznych eksplozjach. Niemniej jednak, od prawie 60 lat naukowcy nie mogli dojść do porozumienia co do sposobu powstawania najcięższych pierwiastków takich jak złoto czy ołów. Nowe obserwacje niewielkiej galaktyki odkrytej w zeszłym roku wskazują, że te ciężkie pierwiastki mogą być pozostałościami po rzadkich zderzeniach dwóch gwiazd neutronowych. Artykuł opisujący nowe badania został opublikowany w periodyku Nature.

Nowa galaktyka nazwana Reticulum II ze względu na położeniu w południowym Gwiazdozbiorze Sieci (Reticulum), jest jedną z najmniejszych i najbliższych nam galaktyk. Jej bliskość sprawiła, że stała się kuszącym celem badań zespołu naukowców, który zajmuje się analizą składu chemicznego pobliskich galaktyk.

„Reticulum II ma więcej gwiazd na tyle jasnych, aby można było badać ich skład chemicznych, niż jakakolwiek inna ultra-słaba galaktyka karłowata dotąd odkryta,” tłumaczy Simon.

Takie ultra-słabe galaktyki stanowią pozostałości po erze powstawania pierwszych gwiazd we Wszechświecie. Krążą one wokół Drogi Mlecznej,a  ich prosty skład chemiczny może pomóc astronomom zrozumieć historię procesów zachodzących w gwiazdach w pierwotnym Wszechświecie, włącznie z powstawaniem pierwiastków.

Wiele pierwiastków chemicznych powstaje wskutek fuzji jądrowej, w której dwa jądra atomowe łączą się ze sobą uwalniając przy tym energię, tworząc tym samym  inne, cięższe atomy. Jednak pierwiastki cięższe niż cynk powstają w procesie zwanym wychwytem neutronu, w którym to istniejący pierwiastek pozyskuje dodatkowe pojedyncze neutrony,  które następnie ulegają rozpadowi na protony, zmieniając tym samym budowę atomu.

Neutrony mogą być wychwytywane powoli, w długich okresach czasu we wnętrzach gwiazdy lub w ciągu kilku sekund, kiedy katastroficzne zjawiska sprawiają, że otoczenie jest zalewane dużą ilością neutronów. W każdej z tych metod powstają inne typy pierwiastków.

Ku zaskoczeniu naukowców, zespół odkrył, że siedem z dziewięciu najjaśniejszych gwiazd galaktyki Reticulum II posiada dużo więcej pierwiastków powstałych wskutek gwałtownego wychwytu neutronów niż w jakiejkolwiek innej galaktyce karłowatej.

„Owe gwiazdy mają nawet 1000 razy więcej pierwiastków powstałych wskutek wychwytu neutronów niż inne gwiazdy obserwowane w podobnych galaktykach,” mówi główny autor artykułu Alexander Ji (MIT).

Wcześniej astronomowie byli podzieleni co do tego czy takie pierwiastki powstają głównie w wybuchach supernowych czy w bardziej egzotycznych zjawiskach kosmicznych takich jak np. połączenie dwóch gwiazd neutronowych. Niemniej jednak odkrycie tak dużej – niespotykanej wcześniej – ilości ciężkich pierwiastków w jednej galaktyce karłowatej dowodzi, że źródło pierwiastków powstałych wskutek wychwytu neutronów w Reticulum II musi być jakimś rzadkim zjawiskiem – dużo rzadszym od typowych supernowych. Co więcej, sama ilość takich pierwiastków w Reticulum II znacznie przekracza ilość, która mogłaby powstać w większości supernowych.

„Powstanie pierwiastków wskutek gwałtownego wychwytu neutronów w trakcie łączenia dwóch gwiazd neutronowych może idealnie tłumaczyć te obserwacje,” mówi współautorka Anna Frebel (MIT).

Stare gwiazdy Drogi Mlecznej wskazują zawartość pierwiastków powstałych w wychwycie neutronów podobną do tej w Reticulum II. To wskazuje, że proces powstawania pierwiastków wskutek wychwytu neutronów w dużych galaktykach jest prawdopodobnie taki sam jak w galaktykach karłowatych, co sugeruje, że nawet ciężkie pierwiastki na Ziemi mogły powstać w mergerach gwiazd neutronowych.

Zespół badawczy uważa, że obserwacje większej liczby gwiazd w Reticulum II mogą rzucić więcej światła na pochodzenie ciężkich pierwiastków oraz historie formowania tego unikalnego systemu.

„Ze względu na to, że ta galaktyka jest tak mała, doskonale przechowuje dowody tych zamierzchłych rzadkich wydarzeń,” mówi Simon. „Naprawdę mamy szczęście, że taka ważna galaktyka znajduje się tak blisko nas.”

Więcej informacji:

Źródło: Nature

Komentarze

comments