To neutronstjerner smadrede sammen og rystede universet og udløste en episk eksplosion kaldet en "kilonova", der spyttede masser af ultradense, ultrahotmateriale ud i rummet. Nu har astronomer rapporteret om det mest afgørende bevis endnu for, at der i efterspørgslen af denne eksplosion dannedes et manglende linkelement, der kunne hjælpe med at forklare en forvirrende kemi i universet.
Da den rysten - krusninger i selve rummet af rumtid, kaldet tyngdekraftsbølger - nåede Jorden i 2017, satte den tyngdepunktbølgedetektorerne i gang og blev den første neutronstjernekollision, der nogensinde blev opdaget. Teleskoper over hele verden hvirvlede rundt omkring for at undersøg lyset af den resulterende kilonova. Nu har data fra disse teleskoper afsløret stærke beviser på, at strontium hvirvler rundt i den uddrivne materie, et tungt element med en kosmisk historie, som var vanskeligt at forklare i betragtning af alt andet astronomer kender til universet.
Jorden og rummet er fyldt med kemiske elementer af forskellige slags. Nogle er lette at forklare; brint, der udgøres i sin enkleste form for kun et proton, eksisterede kort efter Big Bang da subatomære partikler begyndte at dannes. Helium med to protoner er også ret let at forklare. Vores sol producerer det hele tiden og smadrer sammen hydrogenatomer gennem nuklear fusion i sin varme, tætte mave. Men tungere elementer som strontium er vanskeligere at forklare. I lang tid troede fysikere disse heftige elementer for det meste dannet under supernovas - som kilonova, men i mindre skala og som følge af eksplosionen af massive stjerner i slutningen af deres liv. Men det er blevet klart, at supernovas alene ikke kan forklare, hvor mange tunge elementer der er der i universet.
Strontium, der dukker op i kølvandet på denne første opdagede neutron-stjernekollision, kunne hjælpe med at bekræfte en alternativ teori, at disse kollisioner mellem meget mindre, ultradense genstande faktisk producerer de fleste af de tunge elementer, vi finder på Jorden.
Fysik har ikke brug for supernovaer eller neutronstjerne-fusioner for at forklare ethvert tykt atom omkring. Vores sol er relativt ung og lys, så den smelter for det meste brint til helium. Men større, ældre stjerner kan smelte sammen elementer så tunge som jern med sine 26 protoner, ifølge NASA. Imidlertid bliver ingen stjerner varme eller tæt nok inden de sidste øjeblikke af sit liv til at producere elementer mellem 27-proton kobolt og 92-proton uran.
Og alligevel finder vi tungere elementer på Jorden hele tiden, som et par fysikere bemærkede i en artikel i 2018, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature. Således mysteriet.
Cirka halvdelen af disse ekstra tunge elementer, inklusive strontium, dannes gennem en proces kaldet "hurtig neutronfangst" eller "r-processen" - en række nukleare reaktioner, der forekommer under ekstreme forhold og kan danne atomer med tæt kerner belastet med protoner og neutroner. Men forskere har endnu ikke fundet ud af, hvilke systemer i universet er ekstreme nok til at producere den store mængde r-proceselementer, der ses i vores verden.
Nogle havde antydet, at supernovas var den skyldige. "Indtil for nylig hævdede astrofysikere forsigtigt, at isotoperne, der blev dannet i r-process-begivenheder, hovedsageligt stammede fra kerne-kollaps-supernovaer," skrev Nature-forfatterne i 2018.
Sådan fungerer supernova-ideen: Detonerende, døende stjerner skaber temperaturer og tryk ud over alt, hvad de producerede i livet, og spyd komplekse materialer ud i universet i korte, voldelige blitz. Det er en del af historien, Carl Sagan fortalte i 1980'erne, da han sagde, at vi alle er lavet af "stjernestoffer."
Nyligt teoretisk arbejde har ifølge forfatterne af den 2018 Nature-artikel vist, at supernovaer muligvis ikke producerer nok r-processmaterialer til at forklare deres overvægt i universet.
Indtast neutronstjerner. De superdense lig, der er tilbage efter nogle supernovas (kun overgået af sorte huller i masse pr. Kubik tomme), er små i stellar termer, tæt på størrelse med amerikanske byer. Men de kan opveje stjerner i fuld størrelse. Når de smækker sammen, ryster de resulterende eksplosioner stoffet i rumtid mere intenst end nogen anden hændelse end sammenstødte sorte huller.
Og i disse rasende fusioner er astronomer begyndt at mistænke, der kunne danne sig nok r-processelementer til at forklare deres antal.
Tidlige undersøgelser af lyset fra kollisionen i 2017 antydede, at denne teori var korrekt. Astronomer så bevis for guld og uran på den måde, lyset filtrerede gennem materialet fra eksplosionen, som Live Science rapporterede på det tidspunkt, men dataene var stadig uklar.
Et nyt papir, der blev offentliggjort i går (23. oktober) i tidsskriftet Nature, tilbyder den fasteste bekræftelse endnu af de tidlige rapporter.
"Vi kom faktisk med tanken om, at vi muligvis skulle se strontium ganske hurtigt efter begivenheden. Imidlertid viste det sig at være tilfældet, at dette var meget vanskeligt," undersøgte forfatter Jonatan Selsing, en astronom ved Københavns Universitet, sagde det i en erklæring.
Astronomer var ikke på det tidspunkt præcist, hvordan tunge elementer i rummet ville se ud. Men de har analyseret 2017-dataene igen. Og denne gang, givet mere tid til at arbejde på problemet, fandt de et "stærkt træk" i lyset, der kom fra kilonovaen, der peger lige mod strontium - en underskrift af r-processen og bevis for, at andre elementer sandsynligvis dannede sig der som godt, de skrev i deres papir.
Over tid vil noget af materialet fra den kilonova sandsynligvis komme ud i galaksen og måske blive en del af andre stjerner eller planeter, sagde de. Måske til sidst vil det føre til, at fremtidige fremmede fysikere kigger op i himlen og spekulerer på, hvor alt dette tunge stof på deres verden kom fra.
