Pomocí různých dalekohledů vědci pozorovali jasný záblesk gama, který odhalil sloučení neutronových hvězd a objevil vzácný prvek telur. Tyto výsledky z výbuchů kilonov poskytují hlubší pohled na tvorbu prvků a slibují pokročilejší objevy v budoucnosti.
Webbova studie druhého nejjasnějšího gama záblesku, jaký byl kdy odhalen, odhalil tellur.
Za jakých podmínek mnoho chemických prvků ve vesmíru vzniká, bylo dlouho zahaleno tajemstvím. To zahrnuje předměty, které jsou vysoce cenné, nebo dokonce životně důležité pro život, jak jej známe.
Astronomové jsou nyní o krok blíž k odpovědi díky… Vesmírný dalekohled Jamese Webba A vysokoenergetická událost: druhý nejjasnější záblesk gama, jaký byl kdy zjištěn, který byl pravděpodobně způsoben sloučením dvou neutronových hvězd, což mělo za následek explozi známou jako kilonova. Pomocí Webbovy neuvěřitelné citlivosti byli vědci schopni zachytit první kilonovy středního infračerveného spektra z vesmíru, což představuje Webbův první přímý pohled na individuální těžký prvek z takové události.
Tento snímek z Webb NIRCam (Near Infrared Camera) zvýrazňuje kilonovu GRB 230307A a její bývalou mateřskou galaxii mezi místním prostředím jiných galaxií a hvězd v popředí. Neutronové hvězdy byly vyvrženy ze své mateřské galaxie a urazily vzdálenost asi 120 000 světelných let, což je zhruba průměr Mléčné dráhy, než se o několik set milionů let později konečně spojily. Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)
Webb z NASA poprvé detekuje těžký prvek ze sloučení hvězd
Tým vědců použil několik vesmírných a pozemních dalekohledů, včetně NASAVesmírný dalekohled Jamese Webba, vesmírný teleskop Fermiho gama paprsků NASA a observatoř Neil Girls-Swift Observatory NASA k pozorování výjimečně jasného záblesku gama záření GRB 230307A a určení jeho zdroje. Neutronová hvězda Fúze, která vedla k explozi, vedla k explozi. Webb také pomohl vědcům objevit chemický prvek telur v důsledku exploze.
Předběžné výsledky a vysvětlení kilonova
Mezi materiálem vyvrženým z kilonovy byly pravděpodobně přítomny i další prvky blízké teluru v periodické tabulce – jako je jód, nezbytný pro život na Zemi. Kilonova je exploze vyplývající ze sloučení neutronové hvězdy s hvězdou Černá díra Nebo s jinou neutronovou hvězdou.
„Jen něco málo přes 150 let od doby, kdy Dmitri Mendělejev sepsal periodickou tabulku prvků, jsme nyní konečně v pozici, kdy můžeme začít vyplňovat poslední mezery v chápání toho, kde se co dělalo,“ řekl Andrew Levan z Harvardské Radboud University. Nizozemsko a University of Warwick Ve Spojeném království, hlavní autor studie.
Tato grafická prezentace porovnává spektroskopická data pro kilonova GRB 230307A pozorovaná vesmírným dalekohledem Jamese Webba a modelem kilonova. Oba vykazují zřetelný pík v oblasti spektra spojeného s tellurem, s oblastí červeně vystínovanou. Objev teluru, vzácnějšího než platina nalezená na Zemi, představuje Webbův první přímý pohled na jednotlivý těžký prvek kilonova. Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)
Výzvy ve studii Kilonova
Zatímco sloučení neutronových hvězd bylo dlouho považováno za ideální „tlakové nádoby“ k vytvoření některých vzácných prvků mnohem těžších než železo, astronomové již dříve čelili určitým překážkám při získávání pevných důkazů.
Kilonovy jsou extrémně vzácné, což ztěžuje pozorování těchto událostí. Vedlejšími produkty těchto vzácných fúzních epizod by mohly být krátké záblesky gama záření (GRB), o nichž se tradičně předpokládá, že trvají méně než dvě sekundy. (Naproti tomu dlouhé záblesky gama mohou trvat několik minut a jsou obvykle spojeny s výbušnou smrtí masivní hvězdy.)
Obzvláště působivé je pouzdro GRB 230307A. Poprvé detekovaný Fermiho gama kosmickým dalekohledem v březnu, je to druhý nejjasnější GRB pozorovaný za více než 50 let pozorování, asi 1000krát jasnější než typický záblesk gama pozorovaný Fermim. Trvalo také 200 sekund, čímž se pevně zařadilo do kategorie dlouhotrvajících gama záblesků, i když jeho původ byl jiný.
„Tato exploze patří do dlouhé kategorie. Není blízko hranice. Zdá se, že jejím zdrojem je splývající neutronová hvězda,“ dodal Eric Burns, spoluautor článku a člen Fermiho týmu na Louisianské státní univerzitě.
Snímek GRB 230307A kilonova a bývalé hlavní galaxie neutronové hvězdy pořízený Webb NIRCamem (blízká infračervená kamera), se šipkami kompasu, měřítkem a barevným klíčem pro referenci.
Severní a východní šipky kompasu ukazují směr obrázku na obloze. Všimněte si, že vztah mezi severem a východem na obloze (při pohledu zdola) je převrácený vzhledem ke směrovým šipkám na mapě Země (při pohledu shora).
Měřítko se nazývá obloukové sekundy a je mírou úhlové vzdálenosti na obloze. Jedna oblouková vteřina se rovná 1/3600 jednoho obloukového stupně. (Úhlový průměr Měsíce je asi 0,5 stupně.) Skutečná velikost objektu pokrývajícího jednu úhlovou sekundu na obloze závisí na jeho vzdálenosti od dalekohledu.
Tento obrázek ukazuje neviditelné vlnové délky blízkého infračerveného světla převedené do barev viditelného světla. Barevný klíč ukazuje, které filtry NIRCam byly použity při sběru světla. Barva názvu každého filtru je barva viditelného světla, která představuje infračervené světlo procházející tímto filtrem.
Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)
Společné poznámky
Spolupráce mezi mnoha dalekohledy na Zemi a ve vesmíru umožnila vědcům shromáždit množství informací o této události, jakmile byla exploze poprvé zjištěna. Je to příklad toho, jak družice a teleskopy spolupracují, aby sledovaly změny ve vesmíru, jak se rozvíjejí.
Po prvním objevu začala rozsáhlá série pozorování ze Země a vesmíru, včetně observatoře Neil Girls Swift Observatory, pracovat na přesném určení zdroje na obloze a sledování změny jeho jasnosti. Tato pozorování v gama záření,
„Tento typ výbuchu je velmi rychlý, přičemž materiál v explozi se také rychle rozšiřuje,“ řekl Om Sharan Silvia, spoluautor studie na INAF – Brera Astronomical Observatory v Itálii. „Jak se celý mrak rozpíná, materiál se rychle ochlazuje a jeho vrcholné světlo se stává viditelným v infračervené oblasti a stává se červenější v časovém rozmezí dnů až týdnů.“
Podrobné poznámky s webem
V pozdějších dobách by nebylo možné tyto kilonovy studovat ze Země, ale toto byly ideální podmínky pro webové kamery NIRCam (blízká infračervená kamera) a přístroje NIRSpec (blízko infračervený spektrometr) k pozorování tohoto turbulentního prostředí. Spektrum má široké čáry, které ukazují, že materiál je vymrštěn vysokou rychlostí, ale jedna vlastnost je jasná: světlo vyzařované tellurem, prvkem vzácnějším než platina nacházející se na Zemi.
Webbovy vysoce citlivé infračervené schopnosti pomohly vědcům určit adresu dvou neutronových hvězd, které vytvořily kilonovu: spirální galaxii vzdálenou asi 120 000 světelných let od místa sloučení.
Historická cesta neutronových hvězd
Před svým dobrodružstvím to byly dvě masivní obyčejné hvězdy tvořící binární systém ve své spirální galaxii. Protože dvojice byla gravitačně vázána, obě hvězdy byly vypuštěny společně při dvou různých příležitostech: když jedna dvojice explodovala jako supernova a stala se neutronovou hvězdou, a když ji následovala druhá hvězda.
V tomto případě zůstaly neutronové hvězdy binárním systémem navzdory dvěma explozivním otřesům a byly vyvrženy ze své domovské galaxie. Pár cestoval přibližně jako ekvivalent mléčná dráha Průměr galaxie před sloučením o několik set milionů let později.
těším se
Vědci očekávají, že v budoucnu najdou více kilonov kvůli rostoucím příležitostem pro vesmírné a pozemské dalekohledy, aby fungovaly komplementárními způsoby při studiu změn ve vesmíru. Zatímco Webb může například nahlédnout hlouběji do vesmíru než kdy předtím, působivé zorné pole připravovaného římského vesmírného teleskopu NASA Nancy Grace umožní astronomům prozkoumat, kde k těmto výbuchům dochází a jak často k nim dochází.
„Webb poskytuje obrovskou podporu a může najít těžší prvky,“ řekl Ben Gompertz, spoluautor studie na University of California v Kalifornii. University of Birmingham ve Spojeném království. „Jak získáme více opakovaných pozorování, modely se budou zlepšovat a spektrum se může časem vyvíjet. Webb nám jistě otevřel dveře k tomu, aby toho mohl dělat víc, a jeho schopnosti budou zcela transformovat naše chápání vesmíru.“
Tyto výsledky byly publikovány v časopise Příroda.
Reference: „Produkce těžkých prvků při slučování kompaktních těles pozorovaná vesmírným dalekohledem Jamese Webba“ od Andrewa Levana, Benjamina B. Gompertz, Om Charan-Silvia, Mattia Paula, Eric Burns, Kenta Hotokizaka, Luca Izzo, Gavin B. Beránek, Daniel B. Malesani, Samantha R. Oates, Maria Edvig Ravasio, Alicia Rocco Escorial, Benjamin Schneider, Nikhil Sareen, Steve Schulz, Niall R. Tanveer, Kendall Ackley, Gemma Anderson, Gabrielle B. Brammer, Liz Christensen, Vikram S. Dillon, Phil A. Evans, Michael Fosnow, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Chris Fryer, Johan Bo-Fenbo, Nicola Gasparri, Kasper E. Heintz, Jens Hayworth, Jimmy A. Keňa, Mark R. Kennedy, Tanmoi Laskar, Giorgos Liloudas, Ilya Mandel, Antonio Martin Carrillo, Brian D. Metzger, Matt Nicholl, Anya Nugent, Jessie T. Palmerio, Giovanna Pugliese, Gillian Rastinejad, Lauren Rhodes, Andrea Rossi, Andrea Saccardi, Steven J. Smart, Heloise F. Stephans, Aaron Thovavoho, Alexander van der Horst, Susanna D. Virjani, Darach Watson, Thomas Barclay, Cornbub Perumbakdi, Elmi Breidt, Alice A. Brefield, Alexander J. Brown, Sergio Campana, Ashley A. Krems, Paolo D’Avanzo, Valerio D’Elia, Massimiliano De Pasquali, Martin J. Dyer, Duncan K. Galloway, James A. Garbutt, Matthew J. Green, Dieter H. Hartmann, Pal Jacobson, Paul Kerry, Chrissa Covelotto, Daniel Langerode, Aymeric Le Floquet, James K. Leung, Stuart B. Hrají: Littlefair, James Munday, Paul O’Brien, Stephen J. Parsons, Ingrid Bellisoli, David I. Sahman, Ruben Salvaterra, Boris Sparovati, Danny Stigs, Gianpiero Tagliaferri, Cristina C. Thon, Antonio de Ugarte Postigo a David Alexander Kahn, 25. října 2023, Příroda.
doi: 10.1038/s41586-023-06759-1
Vesmírný dalekohled Jamese Webba je přední světová observatoř pro vesmírnou vědu. Webb řeší záhady naší sluneční soustavy, dívá se za vzdálené světy kolem jiných hvězd a zkoumá tajemné struktury a původ našeho vesmíru a naše místo v něm. WEB je mezinárodní program vedený NASA se svými partnery Evropskou kosmickou agenturou (ESA).Evropská kosmická agentura) a Kanadská kosmická agentura.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
