Astronomowie japońscy i europejscy odkryli, że fuzje gwiazd neutronowych prowadzą do powstania superciężkich atomów z grupy lantanowców, która obejmuje cer, neodym i wiele innych ważnych metali ziem rzadkich. Praca została opublikowana w Proceedings of National Academy of Sciences. Poinformowała o tym służba prasowa Japońskiego Centrum Astrofizyki Obliczeniowej (CfCA).

Dzisiaj fizycy uważają, że wszystkie pierwiastki cięższe od żelaza, w tym złoto, uran i inne metale ciężkie i ziem rzadkich, powstały w dużej mierze w wyniku wybuchów supernowych, ponieważ temperatura i ciśnienie wewnątrz „normalnych” gwiazd są zbyt niskie dla ich szybka formacja.

"Po raz pierwszy udało nam się wykryć ślady pierwiastków ziem rzadkich w widmie rozbłysku generowanego przez fuzję gwiazd neutronowych. Odkrycie to znacznie poszerza nasze zrozumienie procesu chemicznej ewolucji Wszechświata" - powiedział Nanae Domoto, badacz z Uniwersytetu Tohoku (Japonia), którego słowa cytuje serwis prasowy CfCA.

Następnie naukowcy odkryli, że wybuchy supernowych nie mogą wytworzyć wymaganej ilości niektórych astronomicznych „metali”, pierwiastków cięższych niż hel i wodór. Z tego powodu teoretycy sugerowali, że w powstawanie tych pierwiastków były zaangażowane inne, bardziej egzotyczne procesy, takie jak zderzenia gwiazd neutronowych.

Pierwsze wskazówki, że rzeczywiście tak jest, otrzymano w sierpniu 2017 r., kiedy obserwatoria grawitacyjne LIGO i ViRGO zarejestrowały fluktuacje w strukturze czasoprzestrzeni powstałe w wyniku połączenia dwóch pulsarów w galaktyce NGC 4993 w konstelacji Hydry. W widmie tego błysku naukowcy znaleźli ślady tak zwanego „procesu R”, łańcucha reakcji termojądrowych, w których lekkie jądra przekształcają się w złoto i inne ciężkie pierwiastki.

Domoto i współpracownicy interesowali się, czy w spektrum tego kataklizmu istnieją ślady innych reakcji, które prowadzą do powstania innych ciężkich pierwiastków, w tym lantanu, ceru i innych metali z grupy lantanowców. Wiele z tych substancji, jak zauważają naukowcy, powinno mieć bardzo jasne i wyraźne linie w widmie, co ułatwia ich poszukiwanie w rozbłysku kilonowym generowanym przez fuzję gwiazd neutronowych.

Kierując się tym pomysłem, naukowcy obliczyli na superkomputerze, jak wyglądają linie emisji i absorpcji dla wszystkich lantanowców i próbowali je znaleźć w danych zebranych przez orbitujące teleskopy na podczerwień w sierpniu 2017 r. podczas obserwacji wybuchu GW170817 w galaktyce NGC 4993.

Jak się okazało, linie związane z lantanem i cerem rzeczywiście były obecne w podczerwonej części widma tego rozbłysku. Liczba atomów tych pierwiastków była stosunkowo niewielka, ale sam fakt ich obecności sugeruje, że fuzje gwiazd neutronowych generują pierwiastki z grupy lantanu - podsumowali naukowcy.