Det første klokkeklare bevis på, hvor de tungeste grundstoffer kommer fra, er nu fundet af en forskergruppe anført af Københavns Universitet. For første gang har man nemlig påvist et stof tungere end jern skabt i et neutronstjerne-sammenstød, og det løser en fundamental gåde om universets historie.

Siden 1950’erne har vi vidst, at brint og helium blev dannet under Big Bang, og at alle grundstoffer til og med jern er skabt i kernefusioner inde i stjerner. Men jern er kun nr. 26 ud af ca. 90 naturligt forekommende stoffer i det periodiske system. Hvordan de øvrige, tungere grundstoffer er landet på Jorden, har været et mysterium. I en del år har vi vidst, at nogle af dem dannes i såkaldte AGB-stjerner, men langt fra dem alle. Så hvad med resten? 

Nu har et forskerhold anført af astrofysiker Darach Watson fra Niels Bohr Institutet som de første nogensinde fundet det spektroskopiske bevis på, at mange af de tunge grundstoffer bliver skabt i den eksplosion, der sker, når to neutronstjerner støder sammen. Forskerne har nemlig identificeret metallet strontium i et spektrum fra den neutronstjerne-kollision, der blev observeret i 2017. Resultatet er netop blevet publiceret i Nature

“Det er ikke før lykkedes at identificere et grundstof skabt i et neutronstjerne-sammenstød. Folk har haft stærke formodninger og indicier på, at det var der, mange af de tunge grundstoffer blev til, men det utvetydige bevis har ikke været der før nu. Det er så at sige den rygende pistol, vi står med,” siger astrofysiker Darach Watson fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og tilføjer: 

“Det er et af de mest fundamentale spørgsmål om universet, som vi nu har svaret på. Hvorfra kommer de stoffer, som alting er bygget af? Man kan godt sige, at det er puslespillets sidste brik, vi har fundet.” 

Unikt stjernesammenstød i 2017 hjalp forskerne 

Den eneste måde at skabe stoffer tungere end jern på er ved en proces, der hedder neutronindfangning, hvor neutroner trænger ind i en atomkerne – fx et jernatom – som absorberer neutronerne og dermed skaber en ny, tungere atomkerne og således et nyt grundstof. Neutronindfangning kan foregå enten hurtigt eller langsomt i henholdsvis en såkaldt r-proces (rapid) eller en s-proces (slow). Cirka halvdelen af stofferne skabt ved neutronindfangning er primært dannet ved r-proces, bl.a. guld, platin, uran. 

Det er denne hurtige proces, som man aldrig har kunnet stedfæste. De seneste år har videnskaben hældt til idéen om, at de fleste r-processer sker, når to neutronstjerner støder sammen – men det endelige bevis har altså manglet. Stjerne-kollisionen udløser et fænomen ved navn en kilonova, hvor en fraktion af stjernemassen bliver frigivet og spredt ud i universet i en gigantisk eksplosion. 

Den eneste gang, man har observeret fænomenet var i august 2017, da to neutronstjerner bragede sammen ca. 140 millioner lysår fra Jorden. De spektre, som forskerne skaffede dengang, er det, som Darach Watson og hans kolleger har analyseret videre på lige siden. Ingen var imidlertid i stand til at udpege nogen grundstoffer – indtil for nyligt altså. Ved hjælp af et såkaldt sortlegeme-spektrum lykkedes det Darach Watson at reproducere et af kilonova-spektrene, hvori grundstoffet strontium kom til syne. Strontium er et af de lettere af de tunge stoffer, og det i sig selv er interessant for forskerne: 

“Folk har troet, at det kun var de allertungeste stoffer som uran og guld, der blev dannet i neutronstjerne-sammenstød. Nu ved vi, at det også er de lettere af de tunge stoffer. Og det fortæller os altså, at neutronstjerne-kollisioner producerer alle de tunge grundstoffer,” siger astrofysiker og medforfatter Jonatan Selsing, der indtil for nylig var postdoc på Niels Bohr Institutet. 

Forskernes næste skridt er at forsøge at identificere flere grundstoffer i spektrene fra kilonovaen. Hvis det lykkes, forventer de at finde grundstoffer, der er tungere end strontium – sandsynligvis barium og lanthan. 

Fakta

En neutronstjerne er en ekstremt kompakt stjerne, som hovedsageligt består af neutroner. Den er typisk kun omkring 20 km. i omfang, men kan veje halvanden til to gange mere end Solen. · Identificeringen af strontium beviser også for første gang, at neutronstjerner faktisk består af neutroner, idet strontium kun kan dannes så hurtigt ved hjælp af et ekstremt stort antal neutroner. Indtil nu har det været en god teoretisk forklaring på disse meget tætte stjerner, men var der ingen direkte observationer af neutron-rigt stof. · Når to neutronstjerner kolliderer, opstår fænomenet en kilonova. I en gigantisk eksplosion slynges store mængder stof ud, som lyser kraftigt op. Fænomenet blev første gang klart observeret i 2017. · Hver gang to neutronstjerner brager sammen og danner en kilonova, bliver der produceret en mængde strontium, der svarer til mindst 10 gange Jordens masse og sandsynligvis meget mere. · Et atomspektrum kan sammenlignes med et fingeraftryk, og spektroskopi er den teknik, hvormed man bestemmer sammensætningen af grundstoffer i en stjerne. · Metallet strontium det 38. grundstof i det periodiske system. Ved stuetemperatur fremtræder stoffet i fast form. Det anvendes især i produktionen af billedrør til fjernsyn. Det har mange kemiske egenskaber til fælles med kalcium, og derfor ophobes strontium ofte i menneskeknogler, tænder og hår, og arkæologer bruger det af denne grund til at finde spor fra forhistoriske mennesker. · Darach Watson fik idéen at reproducere kilonova-spektret ved at bruge et såkaldt “sortlegeme-spektrum”, hvilket er det mest simple slags termiske spektrum, der findes. Forskerne forsøgte at identificere absorptionslinjer i spektret ved at sammenligne dem med en række tunge grundstoffer, som de forventede ville være tilstede, og som de varmede op til sortlegemets temperatur. Det viste sig til forskernes egen overraskelse at virke. · Forskningsartiklen er udgivet i det videnskabelige tidsskrift Nature

http://bit.ly/lolalecture

Skriv en kommentar