Ett internationellt team ledd av en Ph.D. student från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) och University of La Laguna (ULL) har identifierat utsläpp av tellur i de infraröda spektra av två planetariska nebulosor och brom i en av dem.

I slutet av deras liv, stjärnor med måttlig massa kastar ut sina yttersta lager och bildar planetariska nebulosor. Genom denna process, de injicerar i det interstellära mediet de kemiska grundämnen som har syntetiserats inuti dem i miljarder år. De grundämnen som är tyngre än järn kan inte produceras i kärnfusionsreaktionerna som sker inuti stjärnor eftersom den processen skulle kräva mer energi än de skulle kunna generera. Dessa grundämnen bildas av en process som kallas neutronfångning, som inträffar i slutskedet av en stjärnas liv.

"När de inträffar, dessa neutronfångningar ger upphov till allt tungare grundämnen, " förklarar Simone Madonna, en Ph.D. student vid IAC och huvudförfattare till denna artikel. Och han tillägger:"Detta fysiska fenomen inträffar alltid under de sista avsnitten av stjärnors liv:antingen i våldsamma händelser relaterade till döden av stjärnor med mycket hög massa, som supernovaexplosioner eller kollisioner med neutronstjärnor (varav en nyligen upptäcktes av gravitationsvågobservatorier), som genererar ett stort antal fria neutroner, eller i slutfasen av livet för stjärnor med låg massa (mellan 1 och 8 massor av solen), där neutronflödet är mycket lägre. I det första fallet, processen kallas "r-processen" (R för snabb) och i det andra fallet, "s-processen" (S för långsam).

Jorge García Rojas, postdoktor vid IAC och Simones Ph.D. handledare, anger att "vi har upptäckt, för första gången, en spektral emissionsegenskap för tellur i det infraröda spektralområdet för två planetariska nebulosor (och brom i en av dem) tack vare data som erhållits med EMIR-spektrografen, på Gran Telescopio Canarias, och IGRINS, på Harlan J. Smith-teleskopet, vid McDonald Observatory i Texas, USA." Att dra nytta av tekniken för spektroskopi, vi analyserar ljuset vi får från nebulosorna, som sönderdelas i olika färger som en regnbåge, och vi kan bestämma vilka kemiska grundämnen som finns i gasen, eftersom varje element har ett unikt mönster av emissionslinjer inbäddade i denna regnbåge, spektrumet av en nebulosa. Tack vare detta, en telluremissionslinje och en bromemissionslinje har för första gången lokaliserats i det infraröda spektrumet av planetariska nebulosor. Dessa är de tydligaste upptäckterna av joner som tillhör dessa två tunga grundämnen på en av platserna där de bildas.

"Användningen av stora teleskop och specifik instrumentering är nödvändig på grund av den extrema svagheten hos dessa linjer, eftersom de motsvarar element i universum med mycket låga förekomster, " kommenterar Francisco Garzón, en annan av tidningens författare, som är professor vid ULL, forskare vid IAC, och den forskare som ansvarar för EMIR-instrumentet.

"För att bestämma överflöden av dessa element, vi har behövt utföra en teoretisk atommodell för att beräkna atomparametrarna för de observerade jonerna, " förklarar Manuel Bautista, en atomfysiker vid University of Western Michigan och medförfattare till artikeln. Vikten av detekteringen av dessa linjer i planetariska nebulosor är baserad på det faktum att de är bättre indikatorer på grundämnets överflöd än de linjer som detekteras i utvecklade stjärnor och ger oss möjlighet att studera elementet på dess ursprungsplats. Tellur är särskilt viktigt eftersom det kan produceras av både r-processer och s-processer.

"De beräknade förekomsterna av tellur i planetariska nebulosorna NGC7027 och IC418 indikerar att detta element är mycket rikligare än förväntat i solens närhet, där överflödsmönstret är fördelat som förväntat om r-processen var ansvarig för ursprunget till dessa tunga grundämnen, " konstaterar Simone, "så en del av telluren i dessa planetariska nebulosor måste ha sitt ursprung genom s-processen.

Nicholas Sterling, professor vid University of West Georgia och Simones Ph.D. bihandledare, säger att "undersöka dessa element på alla deras ursprungsplatser (planetariska nebulosor, sammanslagningar av neutronstjärnor, och supernovor från massiva stjärnor) hjälper oss att bättre förstå bidraget från s-processen och r-processen till bildningen av tunga grundämnen, och att förfina teoretiska modeller av universums kemiska utveckling."