Para astronom telah melihat Strontium setelah tabrakan antara dua bintang neutron. Ini adalah pertama kalinya elemen berat diidentifikasi dalam kilonova, ledakan setelah jenis tabrakan ini. Penemuan ini menyumbat lubang pemahaman kita tentang seberapa berat elemen terbentuk.
Pada tahun 2017, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan observatorium VIRGO Eropa mendeteksi gelombang gravitasi yang berasal dari penggabungan dua bintang neutron. Acara merger bernama GW170817, dan itu sekitar 130 juta tahun cahaya di galaksi NGC 4993.
Kilonova yang dihasilkan disebut AT2017gfo, dan European Southern Observatory (ESO) menunjuk beberapa teleskop mereka untuk mengamatinya dalam panjang gelombang yang berbeda. Secara khusus, mereka menunjuk Very Large Telescope (VLT) dan instrumen penembak-X di kilonova.
X-shooter adalah spektograf multi-panjang gelombang yang mengamati dalam Ultraviolet B (UVB,) cahaya tampak, dan Near Infrared (NIR.) Awalnya, data X-shooter menunjukkan bahwa ada unsur yang lebih berat hadir dalam kilonova. Tetapi sampai sekarang, mereka tidak dapat mengidentifikasi elemen individual.
"Ini adalah tahap terakhir dari pengejaran selama puluhan tahun untuk menemukan asal usul unsur-unsur itu."
Darach Watson, Penulis Utama, Universitas Kopenhagen.
Hasil baru ini disajikan dalam studi baru berjudul "Identifikasi strontium dalam penggabungan dua bintang neutron." Penulis utama adalah Darach Watson dari University of Copenhagen di Denmark. Makalah ini diterbitkan dalam jurnal Alam pada 24 Oktober 2019.
"Dengan menganalisis ulang data 2017 dari merger, kami sekarang telah mengidentifikasi tanda tangan dari satu elemen berat dalam bola api ini, strontium, membuktikan bahwa tabrakan bintang neutron menciptakan elemen ini di Semesta," kata Watson dalam siaran pers.
Penempaan unsur-unsur kimia disebut nukleosintesis. Para ilmuwan telah mengetahui hal ini selama beberapa dekade. Kita tahu bahwa unsur-unsur terbentuk di supernova, di lapisan luar bintang yang menua, dan di bintang biasa. Tapi ada celah dalam pemahaman kita tentang penangkapan neutron, dan bagaimana elemen yang lebih berat terbentuk. Menurut Watson, penemuan ini mengisi celah itu.
"Ini adalah tahap terakhir dari pengejaran selama puluhan tahun untuk menemukan asal usul unsur-unsur itu," kata Watson. “Kita tahu sekarang bahwa proses yang menciptakan unsur-unsur terjadi sebagian besar di bintang-bintang biasa, dalam ledakan supernova, atau di lapisan luar bintang-bintang tua. Tetapi, sampai sekarang, kami tidak tahu lokasi dari proses terakhir, yang belum ditemukan, yang dikenal sebagai penangkapan neutron cepat, yang menciptakan elemen lebih berat dalam tabel periodik. "
Ada dua jenis penangkapan neutron: cepat dan lambat. Setiap jenis tangkapan neutron bertanggung jawab untuk menciptakan sekitar setengah dari elemen yang lebih berat daripada besi. Pengambilan neutron yang cepat memungkinkan inti atom untuk menangkap neutron lebih cepat daripada yang dapat membusuk, menciptakan unsur-unsur berat. Proses ini berjalan beberapa dekade yang lalu, dan bukti tidak langsung menunjuk kilonova sebagai tempat yang memungkinkan terjadinya proses penangkapan neutron yang cepat. Tapi itu tidak pernah diamati di situs astrofisika, sampai sekarang.
Bintang cukup panas untuk menghasilkan banyak elemen. Tetapi hanya lingkungan panas paling ekstrim yang dapat membuat elemen lebih berat seperti Strontium. Hanya lingkungan itu, seperti kilonova ini, yang memiliki cukup neutron bebas. Dalam kilonova, atom terus-menerus dibombardir oleh sejumlah besar neutron, memungkinkan proses penangkapan neutron yang cepat untuk menciptakan elemen yang lebih berat.
"Ini adalah pertama kalinya kita dapat secara langsung mengasosiasikan bahan yang baru dibuat yang terbentuk melalui penangkapan neutron dengan penggabungan bintang neutron, membenarkan bahwa bintang neutron terbuat dari neutron dan mengikat proses penangkapan neutron cepat yang diperdebatkan lama untuk merger tersebut," kata Camilla Juul Hansen dari Institut Max Planck untuk Astronomi di Heidelberg, yang memainkan peran utama dalam penelitian ini.
Meskipun data penembak-X telah ada selama beberapa tahun, para astronom tidak yakin bahwa mereka melihat strontium di kilonova. Mereka pikir mereka melihatnya, tetapi tidak bisa memastikannya segera. Pemahaman kami tentang kilonovae dan merger bintang neutron masih jauh dari lengkap. Ada kompleksitas dalam spektrum X-shooter dari kilonova yang harus dikerjakan, khususnya ketika mengidentifikasi spektrum elemen yang lebih berat.
“Kami sebenarnya datang dengan gagasan bahwa kami mungkin melihat strontium cukup cepat setelah acara. Namun, menunjukkan bahwa ini terbukti kasusnya ternyata sangat sulit. Kesulitan ini disebabkan oleh pengetahuan kami yang sangat tidak lengkap tentang penampilan spektral unsur-unsur yang lebih berat dalam tabel periodik, ”kata peneliti Universitas Kopenhagen Jonatan Selsing, yang merupakan penulis utama di atas kertas.
Sampai sekarang, penangkapan neutron cepat banyak diperdebatkan, tetapi tidak pernah diamati. Karya ini mengisi salah satu lubang dalam pemahaman kita tentang nukleosintesis. Tapi itu lebih jauh dari itu. Ini menegaskan sifat bintang neutron.
Setelah neutron ditemukan oleh James Chadwick pada tahun 1932, para ilmuwan mengusulkan keberadaan bintang neutron. Dalam sebuah makalah tahun 1934, para astronom Fritz Zwicky dan Walter Baade mengemukakan pandangan bahwa “super-nova mewakili transisi bintang biasa menjadi sebuahbintang neutron, terutama terdiri dari neutron. Bintang seperti itu mungkin memiliki jari-jari sangat kecil dan kepadatan sangat tinggi. "
Tiga dekade kemudian, bintang-bintang neutron dihubungkan dan diidentifikasi dengan pulsar. Tetapi tidak ada cara untuk membuktikan bahwa bintang-bintang neutron terbuat dari neutron, karena para astronom tidak dapat memperoleh konfirmasi spektroskopi.
Tetapi penemuan ini, dengan mengidentifikasi strontium, yang hanya dapat disintesis di bawah fluks neutron ekstrim, membuktikan bahwa bintang-bintang neutron memang terbuat dari neutron. Seperti yang penulis katakan dalam makalah mereka, "Identifikasi elemen yang hanya dapat disintesis dengan cepat di bawah fluks neutron ekstrem di sini, memberikan bukti spektroskopi langsung pertama bahwa bintang-bintang neutron terdiri dari materi kaya neutron."
Ini pekerjaan penting. Penemuan ini telah menyumbat dua lubang dalam pemahaman kita tentang asal usul unsur. Ini mengkonfirmasi secara pengamatan apa yang diketahui secara teori oleh para ilmuwan. Dan itu selalu bagus.
Lebih:
- Siaran Pers: Identifikasi pertama unsur berat yang lahir dari tabrakan bintang neutron
- Makalah Penelitian: Identifikasi strontium dalam penggabungan dua bintang neutron
- Wikipedia: Neutron Capture
- 1934 Kertas: Sinar Kosmik dari Super-Novae
