Natuurkundigen in Japan en Litouwen hebben bewijs gevonden dat tellurium wordt geproduceerd bij het samensmelten van neutronensterren. Hun bevindingen versterken het idee dat de samensmelting van neutronensterren verantwoordelijk is voor de meeste zware elementen in het universum.

De synthese van zware kernen – die zwaarder zijn dan zilver – wordt beschreven door een reeks kernreacties die bekend staan ​​als het ‘r-proces’ of het snelle neutronenvangstproces. Het werd voor het eerst voorgesteld in 1957 en komt voor in een omgeving met een grote dichtheid aan vrije neutronen, waarbij kernen neutronen veel sneller beginnen te vangen dan de snelheid waarmee ze kunnen bèta-verval. Dit levert een karakteristieke verdeling van neutronenrijke kernen op, met pieken rond bepaalde atomaire massagetallen zoals 80, 130 en 196.

De overvloedpatronen in ons zonnestelsel laten deze r-procespieken duidelijk zien, wat erop wijst dat dit proces de oorsprong is van alle zware elementen op aarde. Er is geopperd dat dit proces vooral plaatsvindt in de “weggevaagde” materie die voortkomt uit de samensmelting van neutronensterren, waardoor een gebeurtenis ontstaat die een kilonova wordt genoemd – genoemd omdat deze zo helder is als duizend novae, maar niet zo helder als een supernova.

Het bestaan ​​van kilonovae werd bevestigd in 2017 toen zwaartekrachtsgolven van een neutronensterfusie genaamd GW170817 werden gedetecteerd. Er volgde een paniekerige follow-up door astronomen over de hele wereld, waarbij een transiënt zo helder als een miljard zonnen werd gelokaliseerd in een sterrenstelsel op 130 miljoen lichtjaar afstand. De snel afnemende lichtcurve gaf aan dat het werd aangedreven door het radioactieve verval van uitgestoten r-proceselementen.

Eerdere studies hadden absorptiekenmerken van strontium-, cerium- en lanthanide-elementen gevonden in het gehele initiële spectrum van de kilonova van GW170817, terwijl later opgenomen spectra werden gedomineerd door emissiekenmerken. De stralingseigenschappen van deze ‘nevelfase’ bleven slecht begrepen omdat deze omstandigheden moeilijk te repliceren zijn in experimenten op aarde.

Om dit probleem te omzeilen, hebben onderzoekers emissielijnen van verschillende zware elementen gemodelleerd door bepaalde selectieregels toe te passen op experimenteel bekende energieniveaus. Hun model voorspelde een sterke emissielijn op 2.1 micrometer van een verboden overgang in dubbel geïoniseerd tellurium, wat precies overeenkomt met een voorheen onverklaard kenmerk van het spectrum van GW170817.Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society 526 L155). De sterkte van de emissielijn geeft aan dat een duizendste deel van de zonnemassa aan tellurium werd geproduceerd in de kilonova.

Webb mengt zich in de strijd

In een afzonderlijke studie leveren waarnemingen van de James Webb Space Telescope (JWST) verder bewijs voor het r-proces bij het samensmelten van neutronensterren. Het observatorium voerde vervolgwaarnemingen uit van de uitzonderlijk heldere gammaflits GRB230307A. JWST nam infraroodspectra op 29 en 61 dagen na de uitbarsting, die een griezelige gelijkenis vertoonden met GW170817, inclusief hetzelfde 2.1 micrometer kenmerk toegeschreven aan tellurium – wat wijst op een nieuwe kilonova (NATUUR).

Spectaculaire botsing van twee neutronensterren voor het eerst waargenomen

Gezien het feit dat GRB230307A zich op een miljard lichtjaar afstand bevindt – bijna een orde van grootte verder weg dan GW170817 – is deze prestatie een bewijs van de gevoeligheid van JWST. “JWST zou een spectrum van de kilonova kunnen verkrijgen terwijl geen enkele andere telescopen het zelfs maar konden detecteren,” Andreas Levan van de Radboud Universiteit Nijmegen, die het JWST-onderzoek leidde, vertelde Natuurkunde wereld.

Levan voegt eraan toe dat er nog meer komt kijken bij het observeren van kilonovae met de JWST. “Het uiteindelijke doel is om de volledige details te ontrafelen van alle verschillende kernen die bij deze fusies ontstaan, zodat we eindelijk de oorsprong van alle elementen in het periodiek systeem kunnen invullen”, zegt hij.

Kenta Hotokezaka van de Universiteit van Tokio, die hoofdauteur was van de GW170817-studie, vertelde Natuurkunde wereld dat ze uitkijken naar het waarnemen van de volgende fusie van neutronensterren met de JWST. ‘We zullen veel meer leren van dergelijke observaties,’ zegt hij, ‘bijvoorbeeld elementaire identificatie in infrarood, plasmaomstandigheden en de kilonova-energiebron.’

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/evidence-found-for-the-production-of-tellurium-in-neutron-star-mergers/