To nøytronstjerner smadret sammen og rystet universet og utløste en episk eksplosjon som ble kalt en "kilonova" som spyttet mye ultradens, ultrahot materiale ut i verdensrommet. Nå har astronomer rapportert de mest avgjørende bevisene ennå for at det i kjølvannet av den eksplosjonen ble dannet et manglende lenkeelement som kan bidra til å forklare litt forvirrende kjemi i universet.
Da den ristingen - krusninger i romtidsstoffet, kalt gravitasjonsbølger - nådde Jorden i 2017, satte den i gang gravitasjonsbølgedetektorer og ble den første nøytronstjernekollisjonen som noen gang ble oppdaget. Umiddelbart kretset teleskoper over hele verden rundt for å studere lyset av den resulterende kilonova. Nå har data fra disse teleskopene avslørt sterke bevis på at strontium hvirvler i den utviste saken, et tungt element med en kosmisk historie som var vanskelig å forklare gitt alt annet astronomer vet om universet.
Jord og rom er strødd med kjemiske elementer av forskjellige slag. Noen er enkle å forklare; hydrogen, utgjort i sin enkleste form av bare ett proton, eksisterte like etter Big Bang da subatomære partikler begynte å danne seg. Helium, med to protoner, er også ganske enkelt å forklare. Solen vår produserer den hele tiden, og smadrer sammen hydrogenatomer gjennom kjernefusjon i den varme, tette magen. Men tyngre elementer som strontium er vanskeligere å forklare. I lang tid trodde fysikere at disse heftige elementene for det meste dannet seg under supernovaer - som kilonova, men i mindre skala og som et resultat av eksplosjonen av massive stjerner på slutten av livet. Men det har blitt klart at supernovaer alene ikke kan forklare hvor mange tunge elementer som er der ute i universet.
Strontium som dukker opp i kjølvannet av denne første oppdagede nøytron-stjernekollisjonen, kan bidra til å bekrefte en alternativ teori, at disse kollisjonene mellom mye mindre, ultradense gjenstander faktisk produserer de fleste av de tunge elementene vi finner på jorden.
Fysikk trenger ikke supernovaer eller nøytronstjernersammenslåinger for å forklare hvert tykke atom rundt. Solen vår er relativt ung og lys, så den smelter mest hydrogen til helium. Men større, eldre stjerner kan smelte sammen elementer så tunge som jern med sine 26 protoner, ifølge NASA. Imidlertid blir ingen stjerner varme eller tette nok før de siste øyeblikkene av livet til å produsere elementer mellom 27-proton kobolt og 92-proton uran.
Og likevel finner vi tyngre elementer på jorden hele tiden, som et par fysikere bemerket i en 2018-artikkel publisert i tidsskriftet Nature. Dermed mysteriet.
Omtrent halvparten av de ekstra tunge elementene, inkludert strontium, dannes gjennom en prosess som kalles "rask nøytronfangst", eller "r-prosessen" - en serie kjernefysiske reaksjoner som oppstår under ekstreme forhold og kan danne atomer med tette kjerner lastet med protoner og nøytroner. Men forskere har ennå ikke funnet ut hvilke systemer i universet som er ekstreme nok til å produsere det store volumet av r-prosesselementer som er sett i vår verden.
Noen hadde antydet at supernovaer var den skyldige. "Inntil nylig hevdet astrofysikere forsiktig at isotopene som ble dannet i r-prosess-hendelser, først og fremst stammet fra supernovaer fra kjernekollaps," skrev Nature-forfatterne i 2018.
Slik fungerer den supernova-ideen: Detonerende, døende stjerner skaper temperaturer og trykk utover alt de produserte i livet, og spyttet komplekse materialer ut i universet i korte, voldelige glimt. Det er en del av historien Carl Sagan fortalte på 1980-tallet, da han sa at vi alle er laget av "stjernestoffer."
Nylig teoretisk arbeid, ifølge forfatterne av den 2018 Nature-artikkelen, har vist at supernovaer kanskje ikke produserer nok r-prosessmaterialer til å forklare deres overvekt i universet.
Gå inn i nøytronstjerner. Superdense lik som er igjen etter noen supernovaer (overgått bare av sorte hull i masse per kubikk tomme) er små i stellar termer, nær størrelse til amerikanske byer. Men de kan oppveie stjerner i full størrelse. Når de smeller sammen, rister de resulterende eksplosjonene stoffets romtid mer intenst enn noen annen hendelse enn kolliderende sorte hull.
Og i de rasende sammenslåingene har astronomer begynt å mistenke, nok r-prosesselementer kunne dannes til å forklare antall.
Tidlige studier av lyset fra kollisjonen i 2017 antydet at denne teorien var riktig. Astronomer så bevis for gull og uran på den måten lyset filtrerte gjennom materialet fra eksplosjonen, slik Live Science rapporterte den gang, men dataene var fremdeles disige.
En ny artikkel som ble publisert i går (23. oktober) i tidsskriftet Nature, tilbyr den stadigste bekreftelsen på de tidlige rapportene.
"Vi kom faktisk på ideen om at vi kunne se strontium ganske raskt etter hendelsen. Imidlertid viste det at det var påviselig at saken viste seg å være veldig vanskelig," studerte forfatter Jonatan Selsing, astronom ved Københavns Universitet, sa det i en uttalelse.
Astronomer var ikke sikre på den tiden nøyaktig hvordan tunge elementer i verdensrommet ville se ut. Men de har analysert 2017-dataene på nytt. Og denne gangen, gitt mer tid til å jobbe med problemet, fant de et "sterkt trekk" i lyset som kom fra kilonovaen som peker rett på strontium - en signatur av r-prosessen og bevis på at andre elementer sannsynligvis dannet seg der som Vel, skrev de i papiret.
Over tid vil sannsynligvis noe av materialet fra den kilonovaen komme seg ut i galaksen, og kanskje bli en del av andre stjerner eller planeter, sa de. Kanskje, etter hvert, vil det føre til at fremtidige fremmede fysikere ser opp på himmelen og lurer på hvor alle disse tunge greiene på deres verden kom fra.
