Astronomen ontdekken “gouden standaard”-ster in de Melkweg
Een team astronomen onder leiding van Ian Roederer van de universiteit van Michigan en Erika Holmbeck van het Carnegie Institute heeft het grootste aantal elementen geïdentificeerd dat tot nu toe in een ster is waargenomen buiten onze eigen Zon. Hun bevindingen zullen worden gepubliceerd in The Astrophysical Journal Supplement Series.
De onderzoekers identificeerden 65 elementen in de ster, die HD 222925 wordt genoemd. Hiervan zijn 42 elementen afkomstig van de onderkant van het periodiek systeem. Hun identificatie zal astronomen helpen om het snelle invangproces van neutronen beter te begrijpen. Dit proces is een van de belangrijkste methoden waarmee de zware elementen van het heelal zijn gemaakt.
Voor zover bekend is dit aantal elementen een record voor een object buiten ons zonnestelsel. En wat deze ster zo uniek maakt is dat hij een zeer hoog relatief aandeel heeft van de elementen die in de onderste twee derde van het periodiek systeem worden vermeld. Deze elementen zijn gemaakt door het snelle neutronen invangproces (R-proces). Dat is wat onderzoekers echt proberen te bestuderen: de fysica om te begrijpen hoe, waar en wanneer die elementen zijn gemaakt.
Veel elementen worden door middel van kernfusie gevormd. Hierbij smelten twee atoomkernen samen en komt er energie vrij. Hierdoor ontstaat een ander, zwaarder atoom. Maar elementen die zwaarder zijn dan zink worden gemaakt door een proces dat neutronenvangst (neutron capture) wordt genoemd waarbij een bestaand element één voor één extra neutronen verwerft die vervolgens “vervallen” in protonen. Hierdoor verandert de samenstelling van het atoom in een nieuw element.
Neutronen kunnen langzaam gedurende lange perioden in de ster worden ingevangen, of in een kwestie van seconden, wanneer een catastrofale gebeurtenis ervoor zorgt dat een uitbarsting van neutronen een gebied bombardeert. Door elke methode worden verschillende soorten elementen gemaakt. Maar het is de tweede methode die van belang is voor dit onderzoek.
Astronomen hebben jarenlang gedebatteerd over welke fenomenen een dergelijk bombardement zouden kunnen veroorzaken. In 2017 werd bevestigd dat zware elementen zouden kunnen worden gemaakt door de botsing van twee neutronensterren. Dit is een ontdekking waarin astronomen van het Carnegie Institute een belangrijke rol speelden. Bepaalde soorten supernova’s zouden mogelijk ook deze zware elementen kunnen produceren maar dat moet nog worden bevestigd.
Holmbeck werkt aan een vervolg artikel om te bepalen of de chemische abundanties die zijn waargenomen in de ster HD 222925 worden gevormd door een fusie van neutronensterren of door een supernova.
De aanvullende elementen die in dit onderzoek zijn geïdentificeerd bieden een nieuwe basislijn die kan worden vergeleken met simulaties en die kunnen gebruikt worden om het oorsprongsverhaal te onthullen van zware elementen die te zien zijn in de unieke chemische handtekening van HD 222925.
Het materiaal dat het team in HD 222925 identificeerde werd heel vroeg in de jeugd van het heelal gesynthetiseerd. Het werd uitgeworpen en terug in de ruimte gegooid waar het later veranderde in de ster die ze bestudeerden. Dit betekent dat HD 222925 kan worden gebruikt als een proxy voor wat een fusie van een neutronenster of een supernova zou hebben opgeleverd.
Cruciaal in dit onderzoek was een instrument van de Hubble Space Telescope dat de onderzoekers gebruikten dat ultraviolette spectra kan verzamelen. Met dit instrument kon men het zwakke licht afkomstig van HD 222925, een koele ster, verzamelen. De astronomen gebruikten ook een van de Magellan-telescopen van de Las Campanas sterrenwacht in Chili om licht van HD 222925 te verzamelen in het optische deel van het spectrum.
Deze spectra coderen de chemische vingerafdruk van elementen in sterren en door deze spectra te lezen kunnen astronomen niet alleen de elementen in de ster identificeren maar ook hoeveel van een element de ster bevat.
De astronomen kennen nu de gedetailleerde uitvoer per element van een r-procesgebeurtenis die vroeg in het bestaan van het heelal heeft plaatsgevonden. Elk model dat probeert te begrijpen wat er aan de hand is met het r-proces moet dat kunnen reproduceren.
Veel van de coauteurs van het onderzoek maken deel uit van een groep genaamd de R-Process Alliance, een groep astrofysici die zich toelegt op het oplossen van de grote vragen van het r-proces. Dit project markeert een van de belangrijkste doelen van het team: identificeren welke elementen en in welke hoeveelheden in het r-proces zijn geproduceerd in een ongekend gedetailleerd niveau.
Artikel: “The R-Process Alliance: A Nearly Complete R-Process Abundance Template Derived from Ultraviolet Spectroscopy of the R-Process-Enhanced Metal-Poor Star HD 222925” by Ian U. Roederer, James E. Lawler, Elizabeth A. Den Hartog, Vinicius M. Placco, Rebecca Surman, Timothy C. Beers, Rana Ezzeddine, Anna Frebel, Terese T. Hansen, Kohei Hattori, Erika M. Holmbeck and Charli M. Sakari, Accepted, The Astrophysical Journal Supplement Series.
Eerste publicatie: 16 mei 2022
Bron: SciTechDaily, Carnegie Institute
