NASAが今までで最も遠いキロノバで金を発見

観測可能な宇宙の端での宇宙錬金術

NASAの望遠鏡は、2つの中性子星が螺旋状に互いに接近し、キロノバとして知られる大規模な爆発で爆発することによって生成された、これまでで最も遠いガンマ線バーストを検出した可能性があります。この事象は地球から約85億光年離れた場所で起こり、一時的に銀河全体を超える金とプラチナを含む重元素を鍛錬し、その輝きは一時的に銀河全体を上回っていました。

Chandra X線天文台、James Webb Space Telescopeおよび地上観測所からの協調観測により可能になったこの検出は、マルチメッセンジャー天文学の最前線を推し進め、宇宙がどのようにして最も重い元素を製造しているかについての新しい証拠を提供しています。

金はどこから来るのか

20世紀の大部分を通じて、科学者たちは鉄より重いすべての元素は大質量星の内部で生成され、それらの星が超新星として爆発するときに宇宙に散布されると信じていました。この見方は2017年に完全に覆されました。その時、LIGO重力波検出器と数十の望遠鏡がNGC 4993銀河での中性子星合体を観測しました。この銀河はわずか1億3000万光年の距離にあります。このイベントはGW170817に指定され、中性子星の合体が周期表で最も重い元素の豊富な工場であることを確認しました。

物理学は非常に優れています。2つの中性子星が衝突すると、衝突により膨大な中性子バースト——他の天体物理環境で利用可能なよりもはるかに多くの中性子が放出されます。これらの中性子は、高速中性子捕獲またはr過程と呼ばれるプロセスで原子核によって捕獲され、数分の一秒でますます重い要素を構築します。金、プラチナ、ウラン、および多くの他の重い要素は、この中性子が豊富な坩堝で組み立てられ、光速のかなりの部分で宇宙に放出されます。

85億光年離れたところで最近検出されたキロノバは、はるかに大きな距離ではるかに初期の宇宙の歴史で観測された同じプロセスを表しています。この爆発からの光が放出されたとき、宇宙はわずか約50億歳でした——その現在の年齢の半分未満です。この時代でのr過程元素の検出は、天文学者に対して、中性子星の合体が宇宙がまだ比較的若いときに既に宇宙を重元素で豊かにしていたことを示しています。

通常ではない宇宙アドレス

この検出が特に興味深い理由は、キロノバの位置です。合体は単一の銀河内で発生するのではなく、潮汐ストリーム内で発生しました——銀河団の合体中の重力相互作用によって銀河から裂き取られた恒星とガスのリボン。クラスター内の複数の銀河は衝突および合体のプロセスにあり、数十万光年にわたって広がる複雑な破片の流れを作成しています。

中性子星連星——互いの周りを周回する中性子星のペア——合体するのに十分な近さまで螺旋状に近づくまでに数十億年かかる場合があります。この時間の間に、重力相互作用は連星を完全にその親銀河から追い出すことができます。潮汐ストリーム内でキロノバを見つけることは、中性子星のペアが合体している銀河の1つから追い出された可能性があり、最終的に衝突する前に数十億年間星間空間を漂流していた可能性があることを示唆しています。

これは、重い要素が宇宙全体にどのように分布しているかを理解することへの影響を持っています。中性子星合体の相当な割合が銀河外で発生する場合——潮汐ストリーム、銀河ハロ、または星間空間で——それらが生成する重い要素は、銀河内の新しい星と惑星に再利用される代わりに、銀河間の拡散ガスを豊かにする可能性があります。

最も弱い信号を検出する

85億光年離れたところでキロノバを観測することには、非常な感度が必要でした。最初のガンマ線バーストはNASAのSwiftの観測所によって検出され、高エネルギーのフラッシュを識別し、他の望遠鏡にイベントの位置について警告しました。Chandraはその後、正確な位置情報を提供するX線アフターグローを検出しました。James Webb Space Telescopeはr過程要素の特性の赤外線放射を観測しました。その放射性崩壊は、合体後数日から数週間続く独特の赤い光を生成しています。

赤外線署名は、重い要素の生成の決定的な証拠です。異なる要素は、その放射性同位体が崩壊するにつれて異なるスペクトル特性を生成し、JWSTの敏感な赤外線分光計は、キロノバの褪色した光の中で複数の重い要素の指紋を識別することができました。この分光確認は、キロノバを他のタイプの一時的なイベントから区別するものです。

宇宙化学への影響

各キロノバ検出は、中性子星合体が生成する重い要素物質の量と、これらのイベントが宇宙時間全体で発生する頻度の統計的な図を構築するのに役立ちます。現在の推定では、中性子星の合体は宇宙で観測されるほとんどの金、プラチナ、およびその他のr過程要素を説明できることを示唆していますが、超新星および他の供給源からのある程度の寄与は可能なままです。

この検出の記録的な距離は、銀河がまだ積極的に組み立てられていた時代に観測的ベースラインを延長します。この時代の中性子星合体の速度を理解することは、連星進化、中性子星形成、および初期宇宙の化学進化のモデルを制約します。

地球上のすべての金原子——ジュエリー、エレクトロニクス、中央銀行の金庫に——数十億年前、光速の3分の1で衝突している2つの死んだ星の暴力的な最終段階で、このようなイベントで鍛造された可能性があります。この最新の検出は、最も身近な物質でさえ、その起源は平凡とは程遠いことを思い出させます。

この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元の記事を読む。