Zwaar element strontium aangetoond bij botsende neutronensterren

23 oktober 2019

Voor de ogen van astronomen hebben twee botsende neutronensterren live atomen van het zware element strontium gesmeed. Dat maken Europese sterrenkundigen op uit licht dat op 17 augustus 2017 werd waargenomen van de botsing, die het heelal deed trillen. Er werd al wel vermoed dat er zware metalen zoals strontium, goud en platina zouden ontstaan, maar de analyse van het lichtspectrum liet op zich wachten. De sterrenkundigen publiceren hun bevindingen deze week in het vaktijdschrift Nature.

De zwaartekrachtsgolfdetectoren LIGO/Virgo in Amerika en Italië voelden op 17 augustus 2017 een rimpeling in de ruimtetijd die duidde op twee botsende neutronensterren. Omdat er bij zo’n botsing licht vrijkomt, richtten de astronomen massaal hun telescopen op de rampplek.

Strontium bij neutronensterbotsing
Deze artistieke weergave toont twee neutronensterren op het moment dat zij samengaan en een zogeheten kilonova-explosie veroorzaken. Op de voorgrond zien we enkele pas gevormde strontiumatomen. (c) ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Al snel zagen de astronomen aan het spectrum van het sterlicht dat er radioactieve, zware metalen ontstonden, maar welke precies bleef vooralsnog onduidelijk. Na uitgebreide analyse van de lichtspectra is nu zeker dat er in ieder geval strontium ontstaat. De andere zware elementen, zoals het in theorie voorspelde goud en platina, zijn nog niet aangetoond.

Het ontstaan van elementen van zwaardere atomen dan ijzer was lang aan raadsel voor kernfysici. De kernfusie in gewone sterren smeedt geen atomen zwaarder dan ijzer; voor nog zwaardere elementen levert de fusiereactie geen energie meer op. Theoretisch leken daarom alleen botsingen van extreem dichte sterren zoals neutronensterren een bron van de zwaarste elementen te kunnen zijn. Deze waarnemingen bevestigen nu dat idee.

De botsing in 2017 was de eerste waargenomen versmelting van twee neutronensterren ooit. Op 25 april 2019 trilden LIGO/Virgo door vermoedelijk een tweede neutronensterbotsing. Daarvan zijn nog geen nadere details bekend. Met telescopen is geen licht van deze botsing gezien.

Nikhef is nauw betrokken bij de waarnemingen van zwaartekrachtsgolven en bouwt mee aan de Virgo-detector bij Pisa, Italië. Zodra die detectoren een trilling opvangen worden astronomen gewaarschuwd zodat ze hun telescopen op de vermoedelijke bron aan de hemel kunnen richten.

Wetenschappelijk artikel
Identification of strontium in the merger of two neutron stars. Door: Darach Watson et al. In: Nature, 24 oktober 2019.