En kunstners skildring af neutronstjerner, der forbereder sig på at kollidere.
(Billede: © NASA / Goddard Space Flight Center)
Astronomer er på jagt efter resterne af neutron-stjernekollision der gav Jorden sine ædelmetaller.
Når neutron stjerner smelter sammen, spytter de et væld af kortvarige elementer i deres omgivelser, og disse materialer bliver en del af senere dannede solsystemer. Nu forsøger forskere at lukke ind på fusion, der såede vores solsystem ved at spore de elementer, der er produceret af det oprindelige henfaldende materiale. Fra dette arbejde mener de, at den ansvarlige fusion fandt sted 100 millioner år før og 1.000 lysår væk fra vores solsystem blev født.
"Det var tæt," fortalte projektets førende videnskabsmand Szabolcs Marka, der er fysiker ved Columbia University, til Space.com. "Hvis du ser op på himlen, og du ser en neutronstjernefusion 1.000 lysår væk, ville det overskygge hele natthimlen."
Marka og hans kollega Imre Bartos, en astrofysiker ved University of Florida, brugte meteoritter fra solsystemets daggry til at spore kollisionen. De analyserede isotoperne - smag af elementer med forskellige antal neutroner i deres atomer - i disse klipper.
Først beregnet de mængden af radioaktive isotoper i det tidlige solsystem; derefter sammenlignede forskerne deres målinger med mængden af isotoper produceret af neutron-stjerne fusioner. Marka præsenterede resultaterne af deres forskning i januar om vinteren møde i American Astronomical Society i Honolulu.
"Vores" neutronstjernefusion
Universets tunge elementer, såsom guld, platin og plutonium, dannes, når neutroner bombarderer eksisterende atomer. Under sådanne kollisioner, a neutral neutron kan udsende et negativt ladet elektron, bliver et positivt ladet proton og ændre atomets identitet.
Denne proces, kendt som hurtig neutronfangst, forekommer kun under de mest kraftfulde eksplosioner, såsom supernovas og neutronstjernefusioner. Men forskere fortsætter med at diskutere, hvilke af disse ekstreme begivenheder, der er ansvarlige for hovedparten af tunge elementer i universet.
Så Marka og Bartos henvendte sig til gamle meteoritter i et forsøg på at forstå, hvilken type begivenhed der måtte have frøede det tidlige solsystem. Låst inde i disse klipper fra det unge solsystem er materiale, der spydes fra en eksplosion, og selv om disse oprindelige elementer var radioaktive og hurtigt henfaldede, efterlod de signaturer om deres tidligere tilstedeværelse.
Og som Laserinterferometer Gravitations-Wave Observatory (LIGO) begynder at identificere potentielle neutronstjernefusioner, anvender forskere dens observationer for at hjælpe med at identificere de mest sandsynlige bidragydere af materiale, der er dannet i en nærliggende fusion, hvad Marka kaldte "heksens bryg af galaksen", det langsomt forfaldende materiale, der kom vej til solsystemet.
Tidligere undersøgelser estimerede, at en supernova forekommer i Mælkevejen en gang hvert 50. år. LIGOs nye observationer antyder, at neutronstjerne-fusioner forekommer meget sjældnere, cirka én gang hvert 100.000 år. Mængden af tunge elementer i solsystemet antydede, at de kom fra a nærliggende neutronstjernefusion, da supernova-oprindelse ville have givet mere materiale.
Derfra var paret afhængige af de individuelle isotoper for at bestemme, hvor og hvornår solsystemets lokale neutronstjernefusion fandt sted.
”Hver isotop er et stopur, der starter ved eksplosionen,” sagde Marka. Ved at studere, hvor meget af hver isotop, der var tilbage, da materialet blev indfanget, var han i stand til at fastlægge alderen på kollisionen, der brusede solsystemet. ”Der er kun et tidspunkt, hvor de alle er enige,” sagde han. Dette punkt forekom næsten 100 millioner år før solsystem dannet, et øje blink i astronomiske tidsskalaer. Holdet beregnet også, hvor langt væk stjernerne kolliderede, en afstand på 1.000 lysår, baseret på hvor meget materiale, der endte i solsystemet.
Hvad holdet ikke kunne finde ud af, var i hvilken retning disse tunge elementer kom ind i kvarteret, der ville blive vores solsystem, en opdagelse, der teoretisk kunne give forskere mulighed for at præcisere resterne af kollisionen. Problemet er, at solen ikke har siddet stille i de 4,5 milliarder år, siden den dannede sig; i stedet har den været på rejse rundt i galaksen.
Undervejs har den efterladt stjernerne, der dannede sig nær den i den samme klynge, stjerner, som astronomer længe har jagtet forgæves. Marka håber, at astronomer en dag vil finde disse søsterstjerner og resterne af neutronstjernefusionen, der dannede solsystemet.
Ifølge Marka ramte den nye opdagelse tæt på hjemmet. ”Folk græd faktisk,” sagde han og henviste til medlemmer af sit team.
Han sagde, at han synes, at stærk følelsesmæssig reaktion opstod, fordi denne neutronstjernefusion ikke bare var en begivenhed, der skete ude i rummet. Det var en, der personligt bidrog til hver af os.
”Dette er ikke esoterisk, det er vores,” sagde Marka. "Ikke vores i galaksen, men vores i solsystemet."
- Neutronstjernekollision afslører guldets oprindelse, siger astronomer
- Synkede et sort hul en neutronstjerne for 900 millioner år siden?
- Første detektion af tyngdekraftsbølger fra neutronstjernetucces markerer en ny æra med astronomi
