Зіткнення нейтронних зірок породило рідкісноземельні елементи

Астрономи Університету Тохоку та Японського товариства сприяння розвитку науки (JSPS) вперше ідентифікували рідкісноземельні елементи, що утворюються при злитті нейтронних зірок. Про відкриття повідомляється у статті, опублікованій у The Astrophysical Journal.

Коли стикаються дві нейтронні зірки, в результаті кілонового спалаху відбувається r- процес нуклеосинтезу — швидкого захоплення нейтронів з утворенням великої кількості важких елементів. Першим підтвердженим прикладом цього процесу стала подія GW 170817 у 2017 році, проте до цього часу вченим не вдавалося ідентифікувати конкретні елементи, що утворюються при злитті нейтронних зірок, за винятком стронцію в оптичному спектрі.

У новій роботі астрономи досліджували спектри кілонової GW 170817 у всьому діапазоні довжин хвиль з метою визначення елементів. Під впливом яскравого кілонової випромінювання в синтезованих атомах відбуваються перехідні процеси, пов’язані з поглинанням фотонів і переходами електронів на інші рівні, що супроводжується перевипусканням поглиненого випромінювання. Конкретні елементи створюють набори ліній поглинання спектрі, які виникають, коли випромінювання певної довжини хвилі розсіюється на атомі.

Нові послуги від СК «Провідна» під час воєнного стану

Вчені порівняли дані з результатами моделювання спектрів кілонових, створених суперкомп’ютером ATERUI II в Національній астрономічній обсерваторії Японії. Виявилося, що рідкісноземельні елементи лантан і церій, що належать до лантаноїдів, можуть відтворювати спектральні особливості ближнього інфрачервоного діапазону, виявлені у GW 170817 у 2017 році. Досі існування подібних елементів було лише гіпотезою, заснованої на загальній еволюції яскравості кілонової, але не підтверджувалося спектральними особливостями.

Крім лантану та церію астрономи виявили лінії поглинання кальцію, стронцію, ітрію, цирконію та барію. Всі ці елементи знаходяться у лівій частині періодичної таблиці, тобто мають невелику кількість валентних електронів та низькі рівні енергії переходу, що робить лінії добре помітними. Актинідний елемент торій також може породжувати лінії поглинання, оскільки атомна структура аналогічна структурі церію, проте вони менш помітні через щільніші енергетичні рівні актиноїдів порівняно з рівнями лантаноїдів.