Астрономы Университета Тохоку и Японского общества содействия развитию науки (JSPS) впервые идентифицировали редкоземельные элементы, которые образуются при слиянии нейтронных звезд. Об открытии сообщается в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal.
Когда сталкиваются две нейтронные звезды, в результате вспышки килоновой происходит r- процесс нуклеосинтеза — быстрого захвата нейтронов с образованием большого количества тяжелых элементов. Первым подтвержденным примером этого процесса стало событие GW 170817 в 2017 году, однако до сих пор ученым не удавалось идентифицировать конкретные элементы, образующиеся при слияниях нейтронных звезд, за исключением стронция в оптическом спектре.
В новой работе астрономы исследовали спектры килоновой GW 170817 во всем диапазоне длин волн с целью идентификации элементов. Под воздействием яркого излучения килоновой в синтезированных атомах происходят переходные процессы, связанные с поглощением фотонов и переходами электронов на другие уровни, что сопровождается переиспусканием поглощенного излучения. Конкретные элементы создают наборы линий поглощения в спектре, которые возникают, когда излучение определенной длины волны рассеивается на атоме.
Ученые сравнили наблюдаемые данные с результатами моделирования спектров килоновых, созданных суперкомпьютером ATERUI II в Национальной астрономической обсерватории Японии. Оказалось, что редкоземельные элементы лантан и церий, относящиеся к лантаноидам, могут воспроизводить спектральные особенности ближнего инфракрасного диапазона, обнаруженные у GW 170817 в 2017 году. До сих пор существование подобных элементов было лишь гипотезой, основанной на общей эволюции яркости килоновой, но не подтверждалось спектральными особенностями.
Кроме лантана и церия астрономы обнаружили линии поглощения кальция, стронция, иттрия, циркония и бария. Все эти элементы находятся в левой части периодической таблицы, то есть имеют небольшое количество валентных электронов и низкие уровни энергии перехода, что делает линии хорошо заметными. Актинидный элемент торий также может порождать линии поглощения, поскольку атомная структура аналогична структуре церия, однако они менее заметны из-за более плотных энергетических уровней актиноидов по сравнению с уровнями лантаноидов.