To neutronstjerner cirkler indbyrdes inden kollision, kunstners illustration. (Illustration: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

DTU bidrager til stor opdagelse om grundstoffers oprindelse

onsdag 23 okt 19

Kontakt

Daniele Bjørn Malesani
Transient Data Specialist
DTU Space

Kontakt

Giorgos Leloudas
Seniorforsker
DTU Space
45 25 96 89

Grundstoffer fra Neutronstjerner

• En neutronstjerne består primært af neutroner og er meget kompakt. De er typisk kun omkring 20 km i diameter, men har en masse op til to gange Solens.

 

• Når neutronstjerner kolliderer dannes store mængder af de tunge grundstoffer, som blandt andet findes her på Jorden. Strontium, som altså nu er detekteret ved sådan en kollision, er nummer 38 i det periodiske system, og findes ved stuetemperatur i fast form, bl.a. i Jordens skorpe. Og der skal mindst 10 gange så meget af det til som Jordens masse for at forklare de observationer, der nu er offentliggjort.

 

• Der dannes ifølge videnskaben også det tungere grundstof nummer 79 - guld - i forbindelse med neutronstjerne-kollisionerne, her regner man med mængder svarende til mindst Jordens masse, men det er endnu ikke detekteret.

Et internationalt samarbejde

Et stort international forskerhold fra en række institutioner har arbejdet på den nye opdagelse, som nu er offentliggjort i Nature.

Foruden forskere ved DTU og Københavns Universitet har videnskabsfolk fra forskningsinstitutioner i Island, Italien, England, Holland, Tyskland og USA bidraget til opdagelsen.

 

Daniele Bjørn Malesani er kontaktperson på DTU Space, tlf.: +45 60 70 29 66, mail: malesani@space.dtu.dk

Forskere fra DTU Space er en del af et internationalt team, der for første gang kan fastslå, at tunge grundstoffer - i dette tilfælde strontium - dannes i forbindelse med neutronstjernekollisioner.

Et uomtvisteligt bevis på, hvor nogle af de tunge grundstoffer i vores univers dannes, er nu fundet af en international forskningsgruppe anført af Københavns Universitet med bidrag fra blandt andre DTU Space. 

For første gang er et grundstof tungere end jern – i form af strontium - blevet påvist i forbindelse med kollision mellem to neutronstjerner og den deraf afledte eksplosion. Dermed er der svar på et af de grundlæggende spørgsmål om sammensætningen af vores univers. Efter omfattende analyse af en neutronstjerne-kollision, der blev registreret i 2017, har forskerne fundet direkte bevis for, at det tunge grundstof strontium dannes i forbindelse med kollisionen. Den nye opdagelse er netop offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

 “Det er en meget tilfredsstillende opdagelse, som er baseret på en omfattende og detaljeret analyse af vores data. Vi har nu detekteret strontium, som er dannet i forbindelse med denne  neutronstjerne-kollision og dermed fået et direkte svar på, hvor en del af grundstofferne i universet dannes,” siger astrofysiker på DTU Space Daniele Bjørn Malesani, som er en af forskerne bag opdagelsen.

Opdagelsen er baseret på observationer med Very Large Telescope (VLT) ved European Southern Observatory (ESO) i Chile.

Kollision fandt sted for 130-140 mio. år siden

Den kollision, der er observeret, fandt sted for circa 130-140 millioner år siden. Her kolliderede to neutronstjerner. Denne hændelse blev observeret første gang i 2017 via gravitationsbølger og gammastråling, som fænomenet udløste. Det blev registreret med de jordbaserede detektorer LIGO og VIRGO samt de rumbaserede detektorer ESA’s INTEGRAL and NASA’s Fermi og altså også observeret ved ESO.

Det var i den forbindelse første gang, der blev detekteret gravitationsbølger i forbindelse med en neutronstjerne-kollision, og kun femte gang gravitationsbølgerne overhovedet blev målt.

Siden 1950’erne har det været kendt, at brint og helium blev dannet under Big Bang, og at alle grundstoffer til og med jern er dannet i kernefusioner i stjerner, eller når stjerner eksploderer som supernovaer. Men jern er kun nummer 26 ud af cirka 90 naturligt forekommende stoffer i det periodiske system.

Hvordan de øvrige, tungere grundstoffer er landet her på Jorden, har været et mysterium.

“Tidligere har vi ikke været i stand til at indentificere et specifikt grundstof dannet ved neutronstjernekollisioner. Der var gode teorier og indirekte beviser for, at tunge grundstoffer blev dannet i disse hændelser, men det uomtvistelige bevis har manglet indtil nu,” forklarer astrofysiker ved Niels Bohr Institutet på Købenkhavns Universitet, Darach Watson, som har ledet arbejdet med den nye opdagelse og er førsteforfatter til artiklen i Nature.

Entydige signaturer fundet i lysspektre fra stjerne-kollisionen

I nogen tid har det været kendt, at en del tunge grundstoffer dannes i såkaldte AGB stjerner. Men kun omkring halvdelen af de grundstoffer, der tungere end jern, dannes formentlig her.

Men nu har forskerne altså nu fundet et vigtigt bevis på, hvor de også dannes: I mindst ét tilfælde dannes de helt sikkert i forbindelse med neutronstjernekollisionerne.

"Vi har nu detekteret strontium, som er dannet i forbindelse med denne neutronstjerne-kollision og dermed fået et direkte svar på, hvor en del af grundstofferne i universet dannes"
Daniele Bjørn Malesani, astrofysiker DTU Space

Opdagelsen er gjort ved at opdele og analysere lysspektre fra den stråling, som er dannet i forbindelse med neutronstjernekollisionen. Her har forskerne set på spektre, der opstår når en neutronstjernekollision udløser et fænomen kaldet en kilonova. Her slynges en del af de to neutronsstjerners samlede masse ud i universet omkring dem i en gigantisk eksplosion. Og her har forskerne været i stand til at forklare, hvordan disse lysspektre bærer entydige signaturer efter strontium.

Det næste skridt for forskerne er at forsøge at identificere flere grundstoffer i de store mængder data fra den voldsomme hændelse i rummet.

“Vi tror, at de mange data kan afdække meget mere,” siger DTU Space-forsker Giorgos Leloudas, som også har bidraget til artiklen i Nature.

"En mere avanceret analyse kan måske indikere tilstedeværelsen af endnu tungere grundstoffer end strontium, som for eksempel barium og lanthan."

Se figur, der viser, hvordan tunge grundstoffer detekteres via analyse af lysspektre opstået ved neutronstjerne-kollisioner.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.