1950’lerden bu yana, Büyük Patlama sırasında hidrojen ve helyumun oluştuğu, demir gibi daha ağır elementlerin yıldızlardaki nükleer füzyon yoluyla ve yıldızlar süpernova olarak patladığında oluştuğunu biliyoruz. Bu şekilde sadece demir oluşmuyor. Ancak demirden daha ağır olan elementlerin nereden geldiği uzun zamandır bir gizem konusu.
Bilim insanları bir süredir AGB yıldızları da denilen düşük kütleli yıldızlarda ağır elementlerin oluştuğunu biliyordu. Ancak demirden daha ağır olan elementlerin sadece yarısı bu şekilde oluşuyor. Peki diğer ağır elementler nereden geliyor?
Araştırmacılar, iki nötron yıldızı çarpıştığında meydana gelen patlamanın ağır elementler yarattığını gösteren spektroskopik kanıt buldular. Bilim insanları, 2017 yılında gözlemlenen bir nötron yıldızı çarpışmasının spektrumunda stronsiyum metali tanımladılar.
Kopenhag Üniversitesi Niels Bohr Enstitüsü'nden astrofizikçi Darach Watson, “Bundan önce, bir nötron yıldızı çarpışmasından belirli bir unsuru tanımlayamadık. Bu olaylarda ağır elementlerin yaratıldığına dair güçlü göstergeler ve iyi kanıtlar vardı. Ancak kesin kanıt şu ana kadar yoktu. Evrenle ilgili en temel sorulardan biri, periyodik tablonun elementleri nereden geliyor? Bunun, elementlerin oluşumu bulmacasının son parçasının olduğunu söyleyebilirsiniz” dedi.
Demirden daha ağır maddeler oluşmasının tek yolu, nötronların atomik bir çekirdeğe nüfuz ettiği nöron yakalama adı verilen işlemdir. Nötron yakalama, r işleminde hızlı veya s işleminde yavaş olarak meydana gelir. Çoğunlukla r işlemi ile meydana gelen elementler çok ağırdır ve periyodik tablonun sonuna yakındır.
Bu hızlı işleminin meydana gelmesi bu zamana kadar tespit edilemedi. Son yıllarda bilim insanları, fikir birliği ile iki nötron yıldızı çarpıştığı zaman r işleminin gerçekleştiğinde ortaklaştı. Ancak bu işlem ile ilgili kesin bir kanıt bugüne kadar eksik kaldı. Nötron yıldız çarpışması, nötron yıldızlarının birleşik kütlelerinin bir kısmının devasa bir patlamada serbest bırakıldığı ve evrene yayıldığı kilonova denilen bir fenomeni tetikler.
Araştırmacılar, bu fenomeni Ağustos 2017’de gözlemleyebildiler. Şili’deki Atacama çölündeki ESO gözlemevinde gerçekleştirilen çalışmada Dünya’dan 140 milyon ışık yılı uzaktaki bir galakside iki nötron yıldızının çarpışması gözlemlendi.
ESO’da toplanan spektrumlar o zamandan beri Darach Watson ve meslektaşları tarafından analiz ediliyor. Watson ve ekibi, kara cisim spektrumunu kullanarak stronsiyum elementinin öne çıktığı kilonovanın erken spektrumunu yeniden üretmeyi başardılar.
Çalışma ile ilgili Nature dergisinde yayınlanan makalenin de yazarlarından olan astrofizikçi Jonatan Selsing, “Nötron yıldızı çarpışmalarında sadece uranyum ve altın gibi en ağır elementlerin oluştuğu düşünülüyordu. Artık biliyoruz ki ağır elementlerin öncüleri de bu çarpışmalarda oluştu. Elimizdeki veriler, nötron yıldızı çarpışmalarının, en hafiflerden en ağırlarına kadar geniş bir ağır element yelpazesi ürettiğini söylüyor” dedi.
Araştırmacılar bundan sonra elde ettikleri kilonova spektrumunda daha fazla element tanımlamaya çalışacaklar. Bilim insanları bundan sonra stronsiyumundan daha ağır olan baryum ya da lantanı bulmayı planlıyorlar.