Caltech -forskare har funnit, för första gången, att sammanslagna par neutronstjärnor-de utbrända kärnorna av stjärnor som exploderat-skapar majoriteten av tunga element i små "dvärg" -galaxer. Tunga element, som silver och guld, är nyckeln till planetbildning och till och med själva livet. Genom att studera dessa dvärggalaxer, forskarna hoppas kunna lära sig mer om de primära källorna till tunga element för hela universum.

Ursprunget till majoriteten av de tyngsta elementen i det periodiska systemet, inklusive 95 procent av allt guld på jorden, har diskuterats i årtionden. Det är nu känt att de tyngsta elementen skapas när atomkärnorna i stjärnor fångar partiklar som kallas neutroner. För de flesta gamla stjärnor, inklusive de som bor i dvärggalaxerna i denna studie, processen sker snabbt och kallas därför en "r-process, "där" r "står för snabb.

Det finns två favoriserade platser där r-processen teoretiseras att inträffa. Den första potentiella platsen är en sällsynt typ av en stjärnexplosion, eller supernova, som producerar stora magnetfält - en magnetorotational supernova. Den andra platsen är vid sammanslagningen, eller kollision, av två neutronstjärnor. I augusti 2017, National Science Foundation-finansierade Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory (LIGO) och andra markbaserade teleskop upptäckte en sådan neutronstjärnkollision i syfte att skapa de tyngsta elementen. Men att bevittna bara en händelse berättar inte för astronomer var majoriteten av dessa material skapas i galaxer.

Att titta på tung elementproduktion i galaxer som helhet, Caltech -forskarna studerade flera dvärggalaxer i närheten med hjälp av W. M. Keck -observatoriet på Maunakea på Hawaii. Medan vårt Vintergatan anses vara i genomsnitt så stor som galaxer når, dessa dvärggalaxer, som kretsar runt Vintergatan, har cirka 100, 000 gånger mindre massa i stjärnor än Vintergatan. Forskarna tittade på när de tyngsta elementen i galaxerna gjordes. Magnetorotationella supernovor tenderar att inträffa mycket tidigt i universum, medan neutronstjärnans sammanslagningar sker senare.

Resultaten av studien, inlämnad för publicering i The Astrophysical Journal och presenterad vid en presskonferens vid 232:e mötet i American Astronomical Society (AAS) i Denver, ge nya bevis för att de dominerande källorna till r-processen i dvärggalaxer sker på en relativt lång tidsperiod-det vill säga de skapades senare i vårt universums historia. Det är denna fördröjning i produktionen av tunga element som identifierar fusioner av neutronstjärnor som materialets huvudkälla.

Caltech assisterande professor i astronomi och medförfattare till denna studie, Evan Kirby, förklarar:"Denna studie är baserad på begreppet galaktisk arkeologi, som använder de element som finns i stjärnorna idag för att "gräva upp" bevis för historien om elementproduktion i galaxer. Specifikt, genom att mäta förhållandet mellan element i stjärnor med olika åldrar kan vi säga när dessa element skapades i galaxen. "

Astronomer studerar ofta dvärggalaxer som ett sätt att lära sig om galaxer i allmänhet. Eftersom dessa galaxer är små, de har mindre komplicerade historier som är lättare att läsa än deras större motsvarigheter.

"Till skillnad från Vintergatan, som har tagit stjärnor från andra galaxer genom sin historia, dessa dvärggalaxer isolerades när deras stjärnor föddes, tillåter galaktisk arkeologi att tydligt spåra uppbyggnaden av r-processelement över tid, "säger Caltech doktorand och huvudförfattare till den nya forskningen, Gina Duggan. "Detta ger en viktig ledtråd för tidsskalan för den dominerande källan för r-processproduktion i universum för första gången."