Kollisioner af døde stjerner sprøjter tunge elementer gennem små galakser

Caltech-forskere har fundet, for første gang, at sammensmeltende par af neutronstjerner – de udbrændte kerner af stjerner, der er eksploderet – skaber størstedelen af ​​tunge grundstoffer i små "dværg"-galakser. Tunge elementer, som sølv og guld, er nøglen til planetdannelse og endda livet selv. Ved at studere disse dværggalakser, forskerne håber at lære mere om de primære kilder til tunge grundstoffer for hele universet.

Oprindelsen af ​​de fleste af de tungeste grundstoffer i det periodiske system, inklusive 95 procent af alt guld på Jorden, har været debatteret i årtier. Det er nu kendt, at de tungeste grundstoffer skabes, når atomkernerne i stjerner fanger partikler kaldet neutroner. For de fleste gamle stjerner, inklusive dem, der bor i dværggalakserne i denne undersøgelse, processen sker hurtigt og kaldes derfor en "r-proces, "hvor" r "står for hurtig.

Der er to foretrukne steder, hvor r-processen er teoretiseret at forekomme. Det første potentielle sted er en sjælden type stjerneeksplosion, eller supernova, der producerer store magnetiske felter - en magnetrotationssupernova. Det andet sted er ved fusionen, eller kollision, af to neutronstjerner. I august 2017, det National Science Foundation-finansierede Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory (LIGO) og andre jordbaserede teleskoper detekterede en sådan neutronstjernekollision i færd med at skabe de tungeste grundstoffer. Men at være vidne til kun én begivenhed fortæller astronomerne ikke, hvor størstedelen af ​​disse materialer er skabt i galakser.

For at se på produktionen af ​​tunge grundstoffer i galakser som helhed, forskerne fra Caltech undersøgte flere nærliggende dværggalakser ved hjælp af W. M. Keck-observatoriet på Maunakea på Hawaii. Mens vores Mælkevej anses for at være gennemsnitlig i størrelse, hvad angår galakser, disse dværggalakser, som kredser om Mælkevejen, har omkring 100, 000 gange mindre masse i stjerner end Mælkevejen. Forskerne så på, hvornår de tungeste grundstoffer i galakserne blev fremstillet. Magnetorotationelle supernovaer har en tendens til at forekomme meget tidligt i universet, mens neutronstjernefusioner sker senere.

Resultaterne af undersøgelsen, indsendt til offentliggørelse i The Astrophysical Journal og præsenteret på en pressekonference på det 232. møde i American Astronomical Society (AAS) i Denver, give nyt bevis for, at de dominerende kilder til r-processen i dværggalakser forekommer på en relativt lang tidsskala - dvs. de blev skabt senere i vores univers' historie. Det er denne forsinkelse i produktionen af ​​tunge grundstoffer, der identificerer neutronstjernefusioner som hovedkilden til materialet.

Caltech assisterende professor i astronomi og medforfatter til denne undersøgelse, Evan Kirby, forklarer:"Denne undersøgelse er baseret på begrebet galaktisk arkæologi, som bruger de grundstoffer, der findes i stjerner i dag, til at "grave" beviser for historien om grundstofproduktion i galakser. Specifikt, ved at måle forholdet mellem grundstoffer i stjerner med forskellige aldre er vi i stand til at sige, hvornår disse grundstoffer blev skabt i galaksen."

Astronomer studerer ofte dværggalakser som en måde at lære om galakser generelt på. Fordi disse galakser er små, de har mindre komplicerede historier, der er lettere at læse end deres større modstykker.

"I modsætning til Mælkevejen, som har grebet stjerner fra andre galakser gennem sin historie, disse dværggalakser blev isoleret, da deres stjerner blev født, lader galaktisk arkæologi klart spore opbygningen af ​​r-proceselementer over tid, " siger Caltech kandidatstuderende og hovedforfatter af den nye forskning, Gina Duggan."Dette giver et vigtigt fingerpeg om tidsskalaen for den dominerende kilde til r-procesproduktion på tværs af universet for første gang."