Astronomen finden „Goldstandard“-Stern in der Milchstraße

Astronomen finden „Goldstandard“-Stern in der Milchstraße

Der Stern HD 222925 ist ein Stern der neunten Größe, der sich im südlichen Sternbild Tucana befindet. Bildnachweis: The STScI Digitalized Sky Survey

In der Nähe unserer Sonne in der Milchstraße befindet sich ein relativ heller Stern, und in ihm konnten Astronomen die bisher größte Auswahl an Elementen in einem Stern außerhalb unseres Sonnensystems identifizieren.

Die Studie, geleitet von der University of Michigan Astronom Ian Roederer hat 65 Elemente im Stern HD 222925 identifiziert. 42 der identifizierten Elemente sind schwere Elemente die am Ende des Periodensystems der Elemente aufgeführt sind.

Die Identifizierung dieser Elemente in einem einzelnen Stern wird Astronomen helfen, den sogenannten „schnellen Neutroneneinfangprozess“ zu verstehen, oder einen der Hauptwege, auf denen schwere Elemente im Universum entstanden sind. Ihre Ergebnisse werden auf arXiv veröffentlicht und wurden zur Veröffentlichung angenommen in Das astrophysikalische Journal Supplement Serie.

„Soweit ich weiß, ist das ein Rekord für jedes Objekt außerhalb unseres Sonnensystems. Und was diesen Stern so einzigartig macht, ist, dass er einen sehr hohen relativen Anteil der Elemente hat, die in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems aufgeführt sind. Wir haben sogar Gold entdeckt“, sagte Roederer. „Diese Elemente wurden durch den schnellen Neutroneneinfangprozess hergestellt. Das ist wirklich das, was wir zu untersuchen versuchen: die Physik, um zu verstehen, wie, wo und wann diese Elemente hergestellt wurden.“

Der Prozess, auch „R-Prozess“ genannt, beginnt mit der Anwesenheit leichterer Elemente wie Eisen. Dann werden schnell – in der Größenordnung einer Sekunde – Neutronen zu den Kernen der leichteren Elemente hinzugefügt. Dies schafft Elemente wie Selen, Silber, Tellur, Platin, Gold und Thorium, die Art, die in HD 222925 gefunden wird, und die laut den Astronomen alle selten in Sternen nachgewiesen werden.

“Sie brauchen viele freie Neutronen und sehr energiereiche Bedingungen, um sie freizusetzen und sie den Atomkernen hinzuzufügen”, sagte Roederer. „Es gibt nicht sehr viele Umgebungen, in denen das passieren kann – zwei vielleicht.“

Eine dieser Umgebungen wurde bestätigt: das Zusammenführen von Neutronensterne. Neutronensterne sind die kollabierten Kerne von Überriesensternen und die kleinsten und dichtesten bekannten Himmelsobjekte. Die Kollision von Neutronensternpaaren verursacht Gravitationswellen und wurde 2017 von Astronomen erstmals nachgewiesen Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen. Ein anderer Weg, auf dem der r-Prozess auftreten könnte, ist nach dem explosiven Tod massereicher Sterne.

„Das ist ein wichtiger Schritt nach vorne: zu erkennen, wo der r-Prozess stattfinden kann. Aber es ist ein viel größerer Schritt zu sagen: ‚Was hat dieses Ereignis tatsächlich bewirkt? Was wurde dort produziert?’“, sagte Roederer. “Hier kommt unsere Studie ins Spiel.”

Die Elemente, die Roederer und sein Team in HD 222925 identifiziert haben, wurden entweder in einer massiven Supernova oder einer Fusion von produziert Neutron Sterne sehr früh im Universum. Das Material wurde ausgestoßen und zurück in den Weltraum geschleudert, wo es sich später zu dem Stern formte, den Roederer heute untersucht.

Dieser Stern kann dann als Stellvertreter für das verwendet werden, was eines dieser Ereignisse hervorgebracht hätte. Jedes in Zukunft entwickelte Modell, das zeigt, wie der r-Prozess oder die Natur Elemente in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems produziert, muss die gleiche Signatur wie HD 222925 haben, sagt Roederer.

Entscheidend ist, dass die Astronomen ein Instrument des Hubble-Weltraumteleskops verwendeten, das sammeln kann ultraviolettes Spektrum. Dieses Instrument war der Schlüssel, um den Astronomen zu ermöglichen, Licht im ultravioletten Teil des Lichtspektrums zu sammeln – Licht, das schwach ist und von einem kühlen Stern wie HD 222925 stammt.

Die Astronomen verwendeten auch eines der Magellan-Teleskope – ein Konsortium, bei dem UM Partner ist – am Observatorium Las Campanas in Chile, um Licht von HD 222925 im optischen Teil des Lichtspektrums zu sammeln.

Diese Spektren kodieren den “chemischen Fingerabdruck” von Elementen innerhalb von Sternen, und das Lesen dieser Spektren ermöglicht es den Astronomen, nicht nur die im Stern enthaltenen Elemente zu identifizieren, sondern auch, wie viel von einem Element der Stern enthält.

Anna Frebel ist Mitautorin der Studie und Professorin für Physik am Massachusetts Institute of Technology. Sie half bei der Gesamtinterpretation des Elementhäufigkeitsmusters von HD 222925 und wie es unser Verständnis des Ursprungs der Elemente im Kosmos beeinflusst.

„Wir kennen jetzt die detaillierte Element-für-Element-Ausgabe eines R-Prozess-Ereignisses, das früh im Universum stattfand“, sagte Frebel. „Jedes Modell, das versucht zu verstehen, was mit dem r-Prozess vor sich geht, muss in der Lage sein, das zu reproduzieren.“

Viele der Co-Autoren der Studie sind Teil einer Gruppe namens R-Process Alliance, einer Gruppe von Astrophysikern, die sich der Lösung der großen Fragen des R-Prozesses verschrieben hat. Dieses Projekt markiert eines der Hauptziele des Teams: die Identifizierung, welche Elemente und in welchen Mengen in der produziert wurden r-Prozess in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe.


Erste Identifizierung eines schweren Elements, das durch Neutronensternkollision entstanden ist


Mehr Informationen:
Ian U. Roederer et al., 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. arXiv:2205.03426v1 [astro-ph.SR], arxiv.org/abs/2205.03426

Zur Verfügung gestellt von
Universität von Michigan


Zitieren: Astronomen finden „Goldstandard“-Stern in der Milchstraße (2022, 11. Mai), abgerufen am 11. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-astronomers-gold-standard-star-milky.html

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Abgesehen von einem fairen Handel zum Zwecke des privaten Studiums oder der Forschung darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient nur zu Informationszwecken.

Leave a Comment

Your email address will not be published.