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Astronomen haben einen „Goldstandard“-Stern in der Milchstraße entdeckt

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Am Rande unserer Sonne in der Milchstraße befindet sich ein relativ heller Stern, in dem Astronomen die breiteste Palette von Elementen identifiziert haben, die in einem Stern außerhalb unseres Sonnensystems vorhanden sein können. Die Studie unter der Leitung des Astronomen Jan Roederer von der University of Michigan entdeckte 65 Elemente im Stern HD 222925. XNUMX der entdeckten Elemente sind schwere Elemente, die am Ende des Periodensystems stehen. Die Identifizierung dieser Elemente in einem einzelnen Stern wird Astronomen helfen, den sogenannten schnellen Neutroneneinfangprozess zu verstehen, oder einen der Hauptwege, auf denen schwere Elemente im Universum entstehen.

„Soweit ich weiß, ist dies ein Rekord für jedes Objekt außerhalb unseres Sonnensystems. Was diesen Stern so einzigartig macht, ist der sehr hohe relative Anteil an Elementen, die in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems aufgeführt sind. Wir haben sogar Gold entdeckt“, sagte Roederer. „Diese Elemente wurden als Ergebnis des Einfangprozesses schneller Neutronen erhalten. Das versuchen wir zu studieren: die Physik, um zu verstehen, wie, wo und wann diese Elemente produziert wurden."

Der Prozess, auch „R-Prozess“ genannt, beginnt mit der Anwesenheit von leichten Elementen wie Eisen. Dann werden schnell – etwa eine Sekunde – Neutronen zu den Kernen leichter Elemente hinzugefügt. Das Ergebnis ist die Bildung von schwereren Elementen wie Selen, Silber, Tellur, Platin, Gold und Thorium – die Art, die in HD 222925 gefunden wird, von denen Astronomen sagen, dass sie alle selten in Sternen vorkommen. „Um Neutronen freizusetzen und den Atomkernen hinzuzufügen, braucht man viele freie Neutronen und sehr viel Energie“, sagt Roederer. "Es gibt nicht so viele Umgebungen, in denen das passieren kann."

Astronomen haben einen „Goldstandard“-Stern in der Milchstraße entdeckt

Eine solche Umgebung wurde bestätigt: verschmelzende Neutronensterne. Neutronensterne sind die kollabierten Kerne von Überriesensternen, den kleinsten und dichtesten bekannten Himmelsobjekten. Kollidierende Paare von Neutronensternen verursachen Gravitationswellen, und 2017 entdeckten Astronomen erstmals Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen. Ein anderer Weg, auf dem der r-Prozess stattfinden kann, ist der explosive Tod mächtiger Sterne. Die Elemente, die Roederer und sein Team in HD 222925 identifizierten, entstanden entweder in einer massereichen Supernova oder bei der Verschmelzung von Neutronensternen ganz am Anfang des Universums.

Dieser Stern kann stellvertretend dafür verwendet werden, was als Ergebnis eines dieser Ereignisse passieren könnte. Jedes in Zukunft entwickelte Modell, das zeigt, wie der r-Prozess oder die Natur Elemente in den unteren zwei Dritteln des Periodensystems produziert, sollte die gleiche Signatur wie HD 222925 haben, sagt Roederer.

Wichtig ist, dass die Astronomen das Instrument des Hubble-Weltraumteleskops verwendeten, das ultraviolette Spektren sammeln kann. Dieses Instrument spielte eine Schlüsselrolle dabei, Astronomen zu ermöglichen, Licht im ultravioletten Teil des Spektrums zu sammeln, das schwache Licht, das von einem kühlen Stern wie HD 222925 kommt. Die Astronomen verwendeten auch eines der Magellan-Teleskope – ein Konsortium, mit dem UM zusammenarbeitet – am Las Vegas Observatory-Campanas in Chile, um Licht von HD 222925 im optischen Teil des Lichtspektrums zu sammeln. Diese Spektren kodieren die „chemischen Fingerabdrücke“ der Elemente innerhalb der Sterne, und das Lesen dieser Spektren ermöglicht es Astronomen, nicht nur die bereits im Stern vorhandenen Elemente zu bestimmen, sondern auch die Menge jedes Elements.

Viele der Co-Autoren der Studie sind Teil einer Gruppe namens R-Process Alliance, einer Gruppe von Astrophysikern, die daran arbeiten, große Fragen im Zusammenhang mit dem R-Prozess zu lösen. Dieses Projekt stellt eines der zentralen Ziele der Gruppe dar: mit einer nie dagewesenen Detailgenauigkeit zu bestimmen, welche Elemente und in welchen Mengen im r-Prozess hergestellt wurden.

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