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Donnerstag Februar 9, 2023

Katastrophale Neutronensternverschmelzungen und der Ursprung der Elemente im Universum

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Ein Bild einer Neutronensternverschmelzung und einer Kilonova. Bildnachweis: Universität Tohoku


Es wurde bestätigt, dass Neutronensternverschmelzungen seltene Erdelemente synthetisieren.

Zum ersten Mal hat eine Gruppe von Wissenschaftlern Seltenerdelemente identifiziert, die von produziert werden Neutronenstern Fusionen. Die Details der Ergebnisse der Wissenschaftler wurden kürzlich in veröffentlicht Das astrophysikalische Tagebuch.

Wenn sich zwei Neutronensterne spiralförmig nach innen winden und verschmelzen, erzeugt die resultierende Explosion eine große Anzahl der schweren Elemente, aus denen unser Universum besteht. Der erste bestätigte Fall dieses Prozesses ereignete sich im Jahr 2017 und wurde GW 170817 genannt. Trotzdem müssen Wissenschaftler noch die genauen Elemente identifizieren, die durch Neutronensternverschmelzungen erzeugt werden, mit Ausnahme von Strontium, das in optischen Spektren identifiziert wurde.


Nanae Domoto, eine Doktorandin bei der Tohoku-Universität Graduate School of Science und wissenschaftlicher Mitarbeiter der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), leitete ein Forschungsteam, das die Eigenschaften aller schweren Elemente sorgfältig analysierte, um die Spektren von Neutronensternverschmelzungen zu entschlüsseln.

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Die beobachteten Spektren einer Kilonova (grau) und in dieser Studie erhaltene Modellspektren (blau). Die Zahlen auf der linken Seite zeigen die Tage nach der Verschmelzung der Neutronensterne. Gestrichelte Linien zeigen die Merkmale der Absorptionslinien an. Die Namen der Elemente, die diese Merkmale erzeugen, sind in denselben Farben wie die gestrichelten Linien dargestellt. Die Spektren werden zur Visualisierung vertikal verschoben. Die beobachteten Spektren um 1400 Nanometer und 1800–1900 Nanometer werden durch die Erdatmosphäre beeinflusst. Bildnachweis: Nanae Domoto

Damit untersuchten sie die Spektren von Kilonovae – helle Emissionen, die durch den radioaktiven Zerfall frisch synthetisierter Kerne verursacht werden, die während der Verschmelzung ausgestoßen werden – von GW 170817 Nationales astronomisches Observatorium von Japan Supercomputer „ATERUI II“ entdeckten die Forscher, dass die seltenen Elemente Lanthan und Cer die 2017 beobachteten Nahinfrarot-Spektralmerkmale reproduzieren könnten.


Bisher wurde die Existenz von Seltenerdelementen nur aufgrund der Gesamtentwicklung der Helligkeit der Kilonova vermutet, nicht jedoch aufgrund der spektralen Merkmale.

„Dies ist die erste direkte Identifizierung seltener Elemente in den Spektren von Neutronensternverschmelzungen und erweitert unser Verständnis des Ursprungs von Elementen im Universum“, sagte Dotomo.

„Diese Studie verwendete ein einfaches Modell von ausgestoßenem Material. Mit Blick auf die Zukunft wollen wir mehrdimensionale Strukturen berücksichtigen, um ein größeres Bild davon zu erhalten, was passiert, wenn Sterne kollidieren“, fügte Dotomo hinzu.

Referenz: „Lanthanide Features in Near-infrared Spectra of Kilonovae“ von Nanae Domoto, Masaomi Tanaka, Daiji Kato, Kyohei Kawaguchi, Kenta Hotokezaka und Shinya Wanajo, 26. Oktober 2022, Das astrophysikalische Tagebuch.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8c36



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