Am 3. Juni, 3, 9 Milliarden Lichtjahre entfernt, kollidierten zwei unglaublich dichte Neutronensterne - Körper, die jeweils etwa das 1, 5-fache der Sonnenmasse, aber nur die Größe bloßer Städte haben. Wissenschaftler, die das Ereignis studieren, sagen, dass es ein dauerhaftes Rätsel um die Bildung von Elementen in unserem Universum löst.
„Es ist eine sehr schnelle, katastrophale und äußerst energiereiche Explosion“, sagt Edo Berger, Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Die massive Kollision setzte einen starken Strahl von Gammastrahlen über das Universum frei. Der Blitz, der nur zwei Zehntelsekunden dauerte, wurde vom NASA-Satelliten Swift aufgenommen und schickte Astronomen zum Sammeln von Daten.
In den nächsten Tagen richteten Teleskope in Chile und das Hubble-Weltraumteleskop ihre Aufmerksamkeit auf diese Region des Weltraums. Berger und Kollegen gaben heute auf einer Pressekonferenz in Cambridge, Massachusetts, bekannt, dass ihre Analyse ergab, dass Neutronensternkollisionen für die Bildung praktisch aller schweren Elemente im Universum verantwortlich sind - eine Liste, die Gold, Quecksilber, Blei, Platin und enthält Mehr.
„Diese Frage, woher Elemente wie Gold kommen, gibt es schon lange“, sagt Berger. Obwohl viele Wissenschaftler lange Zeit argumentiert hatten, dass Supernova-Explosionen die Quelle waren, gibt er an, dass sein Team - zu dem Wen-fai Fong und Ryan Chornock von der Harvard-Astronomieabteilung gehören - Beweise dafür hat, dass Supernovas nicht notwendig sind. Diese Neutronensternkollisionen produzieren alle Elemente, die schwerer sind als Eisen, sagt er, "und sie machen es effizient genug, dass sie das gesamte Gold erklären können, das im Universum produziert wurde."
Solche Kollisionen treten auf, wenn beide Sterne in einem Binärsystem separat als Supernova explodieren und dann in sich zusammenfallen und ein Paar eng gebundener Neutronensterne zurücklassen. Während sie sich kreisen, werden die Sterne durch Gravitationskräfte allmählich zusammengezogen, bis sie kollidieren.
„Sie sind extrem dicht - im Wesentlichen fliegen Kugeln mit etwa zehn Prozent Lichtgeschwindigkeit aufeinander“, sagt Berger. Die resultierende Kollision bringt so viel Masse an einem Ort zusammen, dass sie in sich zusammenfällt und die Bildung eines Schwarzen Lochs auslöst. Ein kleiner Teil der Materie wird jedoch nach außen geworfen und schließlich in die nächste Generation von Sternen und Planeten in der umgebenden Galaxie einbezogen. Die genaue Beobachtung dieser jüngsten Neutronensternkollision hat den Inhalt dieser ausgestoßenen Materie ergeben.
Als sich das Schwarze Loch bildete, hat es laut Berger einen Gammastrahlen-Burst ausgelöst, der als GRB (Gammastrahlen-Burst) 130603B codiert ist. Innerhalb weniger Minuten suchten Instrumente in Chile nach weiteren Hinweisen auf die Kollision und fanden ein kurzes „Nachleuchten“ des sichtbaren Lichts, das von den Partikeln erzeugt wurde, die von der Explosion abgeworfen wurden, die in die Umgebung schlugen. Dadurch erfuhren die Astronomen den genauen Ort und die genaue Entfernung des Ereignisses, und die Tatsache, dass die Kollision - zumindest astronomisch gesehen - in relativ geringer Entfernung stattfand, ließ die Hoffnung aufkommen, dass die Möglichkeit bestanden würde, neue Arten von Daten zu sammeln, die zuvor nicht verfügbar waren.
Am 12. Juni entdeckte das an diesem Ort trainierte Hubble-Teleskop eine deutliche Emission von Infrarotlicht, ein Signal, das von der ersten Explosion getrennt war. Die Infrarotsignatur resultiere aus dem radioaktiven Zerfall exotischer schwerer Elemente (wie Uran und Plutonium), die während der Kollision gebildet und nach außen ausgeworfen wurden. Aufgrund der Art und Weise, wie sich schwere Elemente bilden, muss sich auch Gold gebildet haben. „Die Gesamtmenge dieser schweren Elemente entsprach ungefähr einem Prozent der Masse der Sonne“, stellt er fest. "In dieser Verteilung beträgt Gold etwa 10 Teile pro Million - das entspricht etwa der zehnfachen Masse des Mondes in Gold."
Da das Team weiß, wie oft diese Kollisionen auftreten, und nun ungefähr ableiten kann, wie viel Material mit jedem Ereignis erzeugt wird, kann es die Gesamtmenge an schweren Elementen, die durch Neutronensternkollisionen erzeugt werden, mit der bekannten Menge im Universum vergleichen. Die Schlussfolgerung des Teams, die auch heute in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, lautet, dass diese Ereignisse eine ausreichende Erklärung für alle unsere schweren Elemente, einschließlich Gold, darstellen. Nachdem es in solchen Kollisionen erzeugt und nach außen ausgeworfen wurde, werden die schweren Elemente schließlich in die Bildung zukünftiger Sterne und Planeten einbezogen. Was bedeutet, dass alles Gold auf der Erde, sogar das Gold in Ihrem Ehering, wahrscheinlich aus der Kollision zweier entfernter Sterne stammt.
Die neue Erkenntnis löst auch eine verwandte Frage: Ob diese spezielle Art der Gammastrahlung - ein so genannter "Burst von kurzer Dauer" - definitiv mit der Kollision zweier Neutronensterne in Verbindung gebracht werden kann. "Wir hatten eine Menge Indizien gesammelt, die darauf hindeuten, dass sie aus der Kollision zweier Neutronensterne stammen, aber es fehlte uns wirklich eine eindeutige Signatur für eine" rauchende Waffe "", sagt Berger. "Diese Veranstaltung bietet zum ersten Mal diese 'rauchende Waffe'."
In den nächsten Jahren werden das Harvard-Smithsonian-Team und andere weiterhin nach Neutronensternkollisionen suchen, damit weitere Daten gesammelt und analysiert werden können. Ein derart seltenes Ereignis (in der Milchstraße kommt es ungefähr alle 100.000 Jahre vor) kann jedoch schon aus einer Entfernung beobachtet werden, die für diese Art von Beobachtungen ausreichend ist. "Ich habe das letzte Jahrzehnt meines Lebens damit verbracht, die Frage der Gammastrahlenexplosionen zu beantworten, sorgfältig Beweise zu sammeln und auf dieses eine große Ereignis zu warten", sagt Berger. "Es ist so befriedigend, endlich diese Beweise zu bekommen, die uns sagen können, was definitiver vor sich geht."
