(ESO / L. Calçada / M. Kornmesser)
Quando duas estrelas de nêutrons se chocam, elas não produzem fogos de artifício. A dinâmica intensa do kilonova também produz elementos pesados, espalhando-os por todo o Universo. Agora, pela primeira vez, os astrônomos identificaram um elemento recém-formado em uma estrela de nêutrons kilonova.
O elemento é estrôncio e sua detecção confirma a noção de que colisões de estrelas de nêutrons realmente fornecem as condições para a criação de elementos mais pesados que o ferro.
Em agosto de 2017, quando a humanidade capturou nossa primeira colisão de estrelas de nêutrons através de uma combinação de sorte, engenhosidade e entusiasmo, os dados sugeriram algo que os astrônomos já suspeitavam. Nomeadamente, esses eventos energéticos produzem metais mais pesados , como ouro, urânio e platina.
Mas, embora a análise espectral da fusão , GW 170817, mostre características de absorção consistentes com a produção de elementos pesados, na verdade, identificar positivamente uma se mostrou um pouco mais complicada, devido à complexidade dos espectros e ao nosso entendimento limitado dos kilonovas de fusão de estrelas de nêutrons.
Agora, uma equipe internacional de astrônomos re-analisou os espectros obtidos pelo instrumento X-Shooter no Very Large Telescope e encontrou recursos de absorção associados ao estrôncio .
"Este é o estágio final de uma busca de décadas para determinar a origem dos elementos", disse o astrofísico Darach Watson, da Universidade de Copenhague, na Dinamarca.
"Sabemos agora que os processos que criaram os elementos ocorreram principalmente em estrelas comuns, em explosões de supernovas ou nas camadas externas de estrelas antigas. Mas, até agora, não sabíamos a localização do processo final, ainda não descoberto, conhecido como captura rápida de nêutrons, que criou os elementos mais pesados da tabela periódica ".
Sabemos que, nos primeiros dias do Universo, os elementos mais leves, hidrogênio e hélio, se formaram relativamente rapidamente. Por um tempo, isso era praticamente tudo o que havia, até a gravidade começar a reunir a matéria para criar estrelas.
Em seus núcleos, essas estrelas fundiam hidrogênio em hélio, depois hélio em carbono, e assim por diante, com as estrelas mais massivas capazes de fundir núcleos até o ferro. Mas o ferro - o 26º elemento da tabela periódica - é onde ele pára, já que nenhuma energia pode ser extraída de sua fusão.
Para acelerar as coisas a partir daí, precisamos de um processo rápido de captura de nêutrons, ou r-process . Uma explosão realmente energética pode gerar uma série de reações nucleares nas quais núcleos atômicos colidem com nêutrons para sintetizar elementos mais pesados que o ferro.
As reações precisam ocorrer com rapidez suficiente para que o decaimento radioativo não tenha chance de ocorrer antes que mais nêutrons sejam adicionados ao núcleo. Isso significa que precisa acontecer onde existem muitos nêutrons livres flutuando - como uma supernova no final da vida de uma estrela massiva, ou a kilonova que é produzida pela colisão de estrelas de nêutrons.
E GW 170817 com certeza foi explosivo. Produziu uma concha de material expandindo para fora em 20 a 30% da velocidade da luz, e acredita-se que a maior parte desse material seja composta de elementos recém-formados.
Os elementos podem absorver comprimentos de onda específicos da luz; portanto, quando os cientistas observam o espectro do comprimento de onda, eles podem ver quais comprimentos de onda foram absorvidos e por quanto e conectá-los a elementos específicos.
"Na verdade, tivemos a ideia de que poderíamos ver estrôncio muito rapidamente após o evento", explicou o astrofísico Jonatan Selsing, da Universidade de Copenhague.
"No entanto, mostrar que esse foi comprovadamente o caso se mostrou muito difícil. Essa dificuldade se deve ao nosso conhecimento altamente incompleto da aparência espectral dos elementos mais pesados na tabela periódica".
Os pesquisadores modelaram os espectros observados e estudaram espectros sintéticos para tentar obter uma compreensão mais profunda dos elementos produzidos.
As características de absorção conspícuas observadas nos comprimentos de onda de 350 e 850 nm nos dados do X-Shooter, segundo eles, eram consistentes com cerca de cinco vezes o valor de estrôncio em massa da Terra, o 38º elemento na tabela periódica (definitivamente mais pesado que o ferro). É uma quantidade enorme de estrôncio - pense em quantos relógios atômicos você poderia fazer .
Isso significa que agora podemos ter mais certeza do que nunca de que essas explosões realmente podem produzir o processo r.
"Esta é a primeira vez que podemos associar diretamente o material recém-criado, formado por captura de nêutrons, com uma fusão de estrelas de nêutrons", disse a astrônoma Camilla Juul Hansen, do Instituto Max Planck de Astronomia, "confirmando que as estrelas de nêutrons são feitas de nêutrons e amarrando a estrela". longo processo de captura rápida de nêutrons a essas fusões ".
A pesquisa foi publicada na Nature .
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