Twee neutronensterren sloegen tegen elkaar en schokten het universum, wat een epische explosie veroorzaakte die een "kilonova" werd genoemd en die heel veel ultradun, ultraheet materiaal de ruimte in spuwde. Nu hebben astronomen het meest overtuigende bewijs tot nu toe gerapporteerd dat er in de nasleep van die explosie een ontbrekend element werd gevormd dat zou kunnen helpen bij het verklaren van een of andere verwarrende chemie van het universum.
Toen dat schudden - rimpelingen in het weefsel van de ruimtetijd, zwaartekrachtgolven genoemd - de aarde bereikte in 2017, veroorzaakte het zwaartekrachtsgolfdetectoren en werd het de eerste botsing tussen neutronensterren die ooit werd gedetecteerd. Onmiddellijk draaiden telescopen over de hele wereld rond om bestudeer het licht van de resulterende kilonova. Nu hebben gegevens van die telescopen sterk bewijs onthuld van werveling van strontium in de uitgestoten materie, een zwaar element met een kosmische geschiedenis dat moeilijk te verklaren was gezien al het andere dat astronomen over het heelal weten.
Aarde en ruimte zijn bezaaid met verschillende soorten chemische elementen. Sommige zijn gemakkelijk uit te leggen; waterstof, gemaakt in zijn eenvoudigste vorm van slechts één proton, bestond kort na de oerknal toen subatomaire deeltjes zich begonnen te vormen. Helium, met twee protonen, is ook vrij eenvoudig uit te leggen. Onze zon produceert het de hele tijd door waterstofatomen samen te smelten door kernfusie in zijn hete, dichte buik. Maar zwaardere elementen zoals strontium zijn moeilijker uit te leggen. Lange tijd dachten natuurkundigen dat deze forse elementen meestal gevormd werden tijdens supernova's - zoals kilonova, maar op kleinere schaal en als gevolg van de explosie van massieve sterren aan het einde van hun leven. Maar het is duidelijk geworden dat supernova's alleen niet kunnen verklaren hoeveel zware elementen er in het universum zijn.
Strontium dat opdook in de nasleep van deze eerste gedetecteerde botsing met neutronensterren, zou een alternatieve theorie kunnen helpen bevestigen dat deze botsingen tussen veel kleinere, ultracompacte objecten eigenlijk de meeste zware elementen produceren die we op aarde vinden.
De natuurkunde heeft geen supernova's of fusies van neutronensterren nodig om elk dik atoom rond te verklaren. Onze zon is relatief jong en licht, dus het smelt vooral waterstof tot helium. Maar grotere, oudere sterren kunnen volgens NASA elementen zo zwaar als ijzer smelten met zijn 26 protonen. Geen enkele ster wordt echter heet of dicht genoeg voor de laatste momenten van zijn leven om elementen te produceren tussen 27-proton-kobalt en 92-proton-uranium.
En toch vinden we de hele tijd zwaardere elementen op aarde, zoals een paar natuurkundigen opmerkte in een artikel uit 2018, gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Dus het mysterie.
Ongeveer de helft van die extra zware elementen, waaronder strontium, wordt gevormd door een proces dat 'snelle neutronenvangst' of het 'r-proces' wordt genoemd - een reeks kernreacties die onder extreme omstandigheden plaatsvinden en atomen kunnen vormen met dichte kernen met protonen en neutronen. Maar wetenschappers moeten nog uitzoeken welke systemen in het universum extreem genoeg zijn om de enorme hoeveelheid r-proceselementen te produceren die in onze wereld worden gezien.
Sommigen hadden gesuggereerd dat supernova's de boosdoener waren. "Tot voor kort beweerden astrofysici voorzichtig dat de isotopen die werden gevormd tijdens r-procesgebeurtenissen voornamelijk afkomstig waren van supernova's in de kern," schreven de Nature-auteurs in 2018.
Hier is hoe dat supernova-idee zou werken: ontploffende, stervende sterren creëren temperaturen en drukken die verder gaan dan alles wat ze in het leven hebben geproduceerd, en spuwen complexe materialen het universum in korte, gewelddadige flitsen in. Het maakt deel uit van het verhaal dat Carl Sagan in de jaren tachtig vertelde, toen hij zei dat we allemaal gemaakt zijn van 'sterrenstof'.
Recent theoretisch werk, volgens de auteurs van dat Nature-artikel uit 2018, heeft aangetoond dat supernova's mogelijk niet genoeg r-procesmaterialen produceren om hun overwicht in het universum te verklaren.
Voer neutronensterren in. De supergrote lijken die overblijven na een aantal supernova's (alleen overtroffen door zwarte gaten in massa per kubieke inch) zijn in stellaire termen klein, in omvang dicht bij Amerikaanse steden. Maar ze kunnen zwaarder wegen dan sterren op ware grootte. Wanneer ze tegen elkaar slaan, schudden de resulterende explosies het weefsel van de ruimtetijd intenser dan welke andere gebeurtenis dan het botsen van zwarte gaten.
En bij die woedende fusies beginnen astronomen te vermoeden dat er voldoende r-proceselementen zouden kunnen ontstaan om hun aantallen te verklaren.
Vroege studies van het licht van de botsing van 2017 suggereerden dat deze theorie klopte. Astronomen zagen bewijs voor goud en uranium in de manier waarop het licht door het materiaal van de explosie filterde, zoals WordsSideKick.com destijds rapporteerde, maar de gegevens waren nog steeds wazig.
Een nieuw artikel dat gisteren (23 oktober) in het tijdschrift Nature is gepubliceerd, biedt de stevigste bevestiging tot nu toe van die vroege rapporten.
"We kwamen eigenlijk op het idee dat we na de gebeurtenis vrij snel strontium zouden kunnen zien. Maar aantonen dat dit aantoonbaar het geval was, bleek erg moeilijk te zijn", bestudeert auteur Jonatan Selsing, een astronoom aan de Universiteit van Kopenhagen, zei in een verklaring.
Astronomen wisten op dat moment niet precies hoe zware elementen in de ruimte eruit zouden zien. Maar ze hebben de gegevens van 2017 opnieuw geanalyseerd. En deze keer, toen ze meer tijd hadden om aan het probleem te werken, vonden ze een 'sterk kenmerk' in het licht dat afkomstig was van de kilonova die recht naar strontium wijst - een handtekening van het r-proces en bewijs dat andere elementen zich daar waarschijnlijk hebben gevormd als Nou, ze schreven in hun paper.
In de loop van de tijd zal een deel van het materiaal van die kilonova waarschijnlijk zijn weg naar de melkweg vinden en misschien onderdeel worden van andere sterren of planeten, zeiden ze. Misschien zal het uiteindelijk toekomstige buitenaardse natuurkundigen ertoe brengen naar de lucht te kijken en zich af te vragen waar al dit zware spul op hun wereld vandaan kwam.
