Впервые японские ученые нашли подтверждение тому, что редкоземельные элементы образуются при слиянии нейтронных звезд. Недавно в издании Astrophysical Journal были опубликованы подробности этого открытия.

Artists impression of colliding neutron stars. University of Warwick/Mark Garlick/Wikimedia Commons

Большинство тяжелых атомов, составляющих нашу Вселенную, образуются в результате вспышек, которые происходят в момент слияния двух нейтронных звезд.

Первое доказанное наблюдение этого процесса, GW 170817, произошло в 2017 году. Однако, если не считать стронций, обнаруженный в оптических спектрах, ученые до последнего момента не могли точно определить, какие именно элементы образуются в процессе слияния звезд.

Для сведения, сигнал гравитационных волн GW 170817, исходивший от эллиптической галактики NGC 4993, был обнаружен детекторами LIGO и Virgo 17 августа 2017 года.

Бинарная пара нейтронных звезд сформировала это всплеск в последние мгновения своей вспышки, завершившейся слиянием. Это первое открытие GW, подтвержденное негравитационными методами. Команду исследователей возглавляла Нанаэ Домото, аспирантка Tohoku Universitys Graduate School и стипендиат Japan Society for the Promotion of Science (JSPS). Астрофизики попытались выяснить, что означают спектры, испускаемые при слиянии нейтронных звезд

The spectra from GW 17081. Original observed data is in grey, modelled spectra colored and labelled. Nanae Domoto et al 2022.

Выяснилось, что источником яркого излучения килоновой GW 170817 является радиоактивный распад новообразовавшихся ядер, выброшенных в момент столкновения. Ученые обнаружили, что благодаря редким элементам лантану и церию можно скопировать спектральные особенности слияния в ближнем инфракрасном диапазоне, подобные тем, что наблюдались в 2017 году.

Это открытие было сделано на основе сопоставления детальных симуляций спектров килоновых, произведенных суперкомпьютером "ATERUI II" National Astronomical Observatory of Japan. До настоящего момента происхождение редкоземельных металлов только предполагалось на основе общей эволюции яркости килоновой, но не было подтверждено спектральными характеристиками.

"Нам впервые удалось провести прямую идентификацию редкоземельных металлов в спектрах слияний нейтронных звезд. Это открытие существенно продвигает наше понимание возникновения элементов во Вселенной", - пояснила Дотомо. "В этой работе мы использовали простую концепцию выброшенной материи. В дальнейшем мы планируем учесть многомерные механизмы, чтобы составить более полное представление о том, что происходит в момент столкновения сверхновых", - заключила Дотомо.

С результатами исследования можно ознакомиться в астрофизическом издании The Astrophysical Journal.

Источники: Astrophysical Journal, Journal Interesting Engineering, Scitechdaily
1. (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac8c36)
2. (https://interestingengineering.com/science/rare-earth-elements-neutron-stars)
3. (https://scitechdaily.com/cataclysmic-neutron-star-mergers-and-the-origin-of-elements-in-the-universe/)