Den 3. juni, 3, 9 milliarder lysår væk, kolliderede to utroligt tætte neutronstjerner - kroppe, der hver er ca. 1, 5 gange solens masse, men lige på størrelse med blotte byer. Forskere, der studerer begivenheden, siger, at det løser et vedvarende mysterium om dannelsen af elementer i vores univers.
”Det er en meget hurtig, katastrofal, ekstremt energisk type eksplosion, ” siger Edo Berger, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Den massive kollision frigav en kraftig stråle af gammastråler over hele universet. Blitzen, der varede kun to tiendedele af et sekund, blev afhentet af NASAs Swift-satellit og sendt astronomer til scrambling for at indsamle data.
I løbet af de næste par dage henvendte teleskoper i Chile og Hubble-rumteleskopet deres opmærksomhed til det område af rummet. I dag annoncerede Berger og kolleger på en pressekonference i Cambridge, Massachusetts, at deres analyse afslører, at neutronstjernekollisioner er ansvarlige for dannelsen af stort set alle de tunge elementer i universet - en liste, der inkluderer guld, kviksølv, bly, platin og mere.
”Dette spørgsmål om hvor elementer som guld kommer fra har eksisteret i lang tid, ” siger Berger. Selvom mange forskere længe havde hævdet, at supernovaeksplosioner var kilden, siger han, at hans team - der inkluderer Wen-fai Fong og Ryan Chornock fra Harvard-astronomiafdelingen - har bevis for, at supernovas ikke er nødvendige. Disse neutronstjernekollisioner producerer alle elementer tungere end jern, siger han, "og de gør det effektivt nok til at de kan redegøre for alt det guld, der er produceret i universet."
Sådanne kollisioner opstår, når begge stjerner i et binært system separat eksploderer som supernovaer og derefter kollapser i sig selv og efterlader et par tæt bundne neutronstjerner. Når de cirkler om hinanden, trækkes stjernerne gradvist sammen af tyngdekræfter, indtil de kolliderer.
”De er ekstremt tætte - i det væsentlige kugler der flyver på hinanden med cirka ti procent lysets hastighed, ” siger Berger. Den resulterende kollision samler så meget masse på et sted, at den kollapser på sig selv og udløser dannelsen af et sort hul. En lille mængde stof bliver dog kastet udad og indarbejdes til sidst i den næste generation af stjerner og planeter andetsteds i den omkringliggende galakse. Nær observation af denne seneste kollision med neutronstjerner har afsløret indholdet af denne udsatte sag.
Da det sorte hul blev dannet, siger Berger, frigav det en gammastråle-burst, der er kodet som GRB (gamma-ray burst) 130603B. Inden for få minutter søgte instrumenter i Chile efter yderligere bevis for kollisionen og fandt en kort "efterglød" med synligt lys, genereret af partiklerne, der blev kastet fra eksplosionen, der smadrede ind i det omgivende miljø. Dette gav astronomer den nøjagtige placering og afstand af begivenheden, og det faktum, at kollisionen skete relativt tæt ved - i det mindste astronomisk set - rejste forhåbninger om, at der ville være en chance for at indsamle nye slags data, der tidligere ikke var tilgængelige.
Den 12. juni opdagede Hubble-teleskopet, der blev trænet på dette sted, en markant udsendelse af infrarødt lys, et signal adskilt fra den første eksplosion. Den infrarøde signatur, siger Berger, skyldtes det radioaktive henfald af eksotiske tunge elementer (såsom uran og plutonium) dannet under kollisionen og kastet udad. På grund af den måde, som tunge elementer danner, må guld også have dannet sig. ”Den samlede mængde af disse producerede tunge elementer var omkring en procent af solens masse, ” bemærker han. "Guld, i denne distribution, er omkring 10 dele pr. Million - så det kommer ud til cirka ti gange månens masse i guld alene."
Fordi teamet ved, hvor ofte disse kollisioner forekommer, og nu kan udlede omtrent hvor meget materiale der genereres med hver begivenhed, kan de sammenligne den samlede mængde tunge elementer produceret af neutronstjerne kollisioner med den kendte mængde i universet. Holdets konklusion, der også blev offentliggjort i dag i The Astrophysical Journal Letters, er, at disse begivenheder er en tilstrækkelig forklaring på alle vores tunge elementer, inklusive guld. Når det er skabt i disse slags kollisioner og kastet udad, indarbejdes de tunge elementer i sidste ende i dannelsen af fremtidige stjerner og planeter. Hvilket betyder, at alt guld på Jorden, endda guldet i din vielsesring, sandsynligvis stammer fra kollisionen mellem to fjerne stjerner.
Den nye konstatering løser også et beslægtet spørgsmål: Hvorvidt denne særlige slags gammastråleemission - kaldet en "kort varighed" - kan definitivt forbindes med kollisionerne mellem to neutronstjerner. ”Vi havde samlet en hel del omstændighedsbeviser, der tyder på, at de kommer fra kollisionen mellem to neutronstjerner, men vi havde virkelig manglet en klar underskrift om” rygende pistol ”, siger Berger. ”Denne begivenhed giver for første gang den 'rygerpistol.'”
I løbet af de næste par år vil Harvard-Smithsonian-teamet og andre fortsætte med at søge efter neutronstjernekollisioner, så yderligere data kan indsamles og analyseres. Dog har en sådan sjælden begivenhed (i Mælkevejen, de sker en gang ca. hvert 100.000 år) imidlertid allerede en tilstrækkelig afstand til disse slags observationer. ”Jeg har brugt det sidste årti af mit liv på at prøve at tackle spørgsmålet om gammastråle-bursts, omhyggeligt indsamle beviser og vente på den ene store begivenhed, ” siger Berger. ”Det er så tilfredsstillende at endelig få den beviser, der kan fortælle os, hvad der foregår på en mere definitiv måde.”
