Een afbeelding van een kunstenaar van neutronensterren die zich voorbereiden op een botsing.
(Afbeelding: © NASA / Goddard Space Flight Center)
Astronomen zijn op jacht naar de restanten van de neutronenster botsing die de aarde zijn kostbare metalen gaf.
Wanneer neutron sterren fuseren, spuwen ze een schat aan kortlevende elementen in hun omgeving en deze materialen worden onderdeel van later vormende zonnestelsels. Nu proberen wetenschappers dichterbij te komen fusie die ons zonnestelsel heeft gezaaid door de elementen te traceren die zijn geproduceerd door het oorspronkelijke rottende materiaal. Van dat werk geloven ze dat de verantwoorde fusie 100 miljoen jaar daarvoor en 1000 lichtjaar na de geboorte van ons zonnestelsel plaatsvond.
"Het was dichtbij", vertelde Szabolcs Marka, de hoofdwetenschapper van het project, natuurkundige aan de Columbia University, aan Space.com. 'Als je naar de lucht kijkt en je ziet een fusie van een neutronenster op 1000 lichtjaar afstand, dan zou die de hele nachtelijke hemel overtreffen.'
Marka en zijn collega Imre Bartos, astrofysicus aan de Universiteit van Florida, gebruikten meteorieten vanaf het begin van het zonnestelsel om de botsing op te sporen. Ze analyseerden de isotopen - smaken van elementen met verschillende aantallen neutronen in hun atomen - in deze rotsen.
Eerst berekenden ze de hoeveelheid radioactieve isotopen in het vroege zonnestelsel; Vervolgens vergeleken de onderzoekers hun metingen met de hoeveelheid geproduceerde isotopen neutronenster fusies. Marka presenteerde de resultaten van hun onderzoek in januari in de winter bijeenkomst van de American Astronomical Society in Honolulu.
"Onze" fusie van neutronensterren
De zware elementen van het universum, zoals goud, platina en plutonium, vormen zich wanneer neutronen bestaande atomen bombarderen. Tijdens dergelijke botsingen, a neutraal neutron kan een negatief geladen elektron uitzenden, een positief geladen proton worden en de identiteit van het atoom veranderen.
Dit proces, bekend als snelle neutronenvangst, vindt alleen plaats tijdens de krachtigste explosies, zoals supernova's en fusies van neutronensterren. Maar wetenschappers blijven discussiëren over welke van deze extreme gebeurtenissen verantwoordelijk is voor het grootste deel van de zware elementen in het universum.
Dus Marka en Bartos wendden zich tot oude meteorieten in een poging om te begrijpen welk type gebeurtenis mogelijk is zaaide het vroege zonnestelsel. Opgesloten in die rotsen van het jonge zonnestelsel is materiaal dat uit een explosie is gespoten, en hoewel die oorspronkelijke elementen radioactief waren en snel vervielen, lieten ze handtekeningen achter van hun vroegere aanwezigheid.
En als de Laserinterferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) begint potentiële fusies van neutronensterren identificeren, passen wetenschappers haar waarnemingen toe om te helpen de meest waarschijnlijke bijdragers te identificeren van materiaal dat is gevormd in een nabije fusie, wat Marka 'het heksenbrouwsel van de melkweg' noemde, het langzaam vervallende materiaal dat zijn weg naar het zonnestelsel bereikte.
Eerdere studies schatten dat een supernova eens in de 50 jaar in de Melkweg voorkomt. De nieuwe waarnemingen van LIGO suggereren dat neutronen-sterfusies veel minder vaak voorkomen, ongeveer eens in de 100.000 jaar. De hoeveelheid zware elementen in het zonnestelsel suggereerde dat ze afkomstig waren van een nabijgelegen fusie van neutronensterren, omdat supernova-oorsprong meer materiaal zou hebben opgeleverd.
Van daaruit vertrouwde het paar op de individuele isotopen om te bepalen waar en wanneer de plaatselijke neutronensterfusie van het zonnestelsel had plaatsgevonden.
'Elke isotoop is een stopwatch die begint bij de explosie', zei Marka. Door te bestuderen hoeveel van elke isotoop er nog over was toen het materiaal werd gevangen, kon hij de leeftijd van de botsing die het zonnestelsel overspoelde, achterhalen. 'Er is maar één moment waarop ze het allemaal eens zijn', zei hij. Dat punt vond plaats ongeveer 100 miljoen jaar voor de zonnestelsel gevormd, een oogknipperlicht in astronomische tijdschalen. Het team berekende ook hoe ver de sterren in botsing kwamen, een afstand van 1.000 lichtjaar, op basis van hoeveel materiaal er in het zonnestelsel is terechtgekomen.
Wat het team niet kon achterhalen, was de richting waarin deze zware elementen de buurt binnenkwamen die ons zonnestelsel zou worden, een ontdekking die theoretisch wetenschappers in staat zou kunnen stellen de overblijfselen van de botsing te lokaliseren. Het probleem is dat de zon de 4,5 miljard jaar sinds haar vorming niet stil heeft gestaan; in plaats daarvan is het door de melkweg gereisd.
Onderweg heeft het de sterren achtergelaten die in de buurt in dezelfde cluster zijn gevormd, sterren waar astronomen al lang tevergeefs op jagen. Marka hoopt dat astronomen op een dag die zustersterren en de restanten van de fusie van neutronensterren die het zonnestelsel vormden, zullen vinden.
Volgens Marka kwam de nieuwe ontdekking dicht bij huis. 'Mensen huilden eigenlijk', zei hij, verwijzend naar leden van zijn team.
Hij zei dat hij denkt dat er een sterke emotionele reactie is ontstaan omdat deze neutronensterrenfusie niet zomaar een gebeurtenis in de ruimte was. Het was er een die ons persoonlijk heeft bijgedragen.
'Dit is niet esoterisch, het is van ons', zei Marka. 'Niet de onze in de melkweg, maar de onze in het zonnestelsel.'
- Een botsing met een neutronenster onthult de oorsprong van goud, zeggen astronomen
- Heeft een zwart gat 900 miljoen jaar geleden een neutronenster ingeslikt?
- De eerste detectie van zwaartekrachtsgolven door een botsing met een neutronenster markeert een nieuw tijdperk van astronomie
