खगोलविदों ने किलोनोवा मलबे में स्ट्रोंटियम, प्रूफ देखें कि न्यूट्रॉन स्टार कोलिशन यूनिवर्स में भारी तत्वों का निर्माण करते हैं

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दो न्यूट्रॉन सितारों के बीच टक्कर के बाद खगोलविदों ने स्ट्रोंटियम को देखा है। यह पहली बार है जब किसी किलोनोवा में किसी भारी तत्व की पहचान की गई है, इन प्रकार के टकरावों के बाद विस्फोटक। यह खोज हमारी समझ में छेद करती है कि भारी तत्व कैसे बनते हैं।

2017 में, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) और यूरोपीय VIRGO वेधशाला ने दो न्यूट्रॉन सितारों के विलय से आने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया। विलय की घटना को GW170817 नाम दिया गया था, और यह आकाशगंगा NGC 4993 में लगभग 130 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर था।

परिणामी किलोनोवा को AT2017gfo कहा जाता है, और यूरोपीय दक्षिणी वेधशाला (ईएसओ) ने इसे अलग-अलग तरंग दैर्ध्य में निरीक्षण करने के लिए अपने कई दूरबीनों को इंगित किया। विशेष रूप से, उन्होंने किलोनोवा में वेरी लार्ज टेलीस्कोप (वीएलटी) और इसके एक्स-शूटर उपकरण को इंगित किया।

एक्स-शूटर एक मल्टी-वेवलेंथ स्पेक्ट्रोग्राफ है जो अल्ट्रावायलेट बी (यूवीबी), दृश्यमान प्रकाश और नियर इन्फ्रारेड (एनआईआर) में देखता है। शुरुआत में, एक्स-शूटर डेटा ने सुझाव दिया कि किलोनोवा में भारी तत्व मौजूद थे। लेकिन अब तक, वे व्यक्तिगत तत्वों की पहचान नहीं कर सके।

"यह तत्वों की उत्पत्ति को कम करने के लिए एक दशक लंबे पीछा का अंतिम चरण है।"
दराच वाटसन, लीड लेखक, कोपेनहेगन विश्वविद्यालय।

ये नए परिणाम दो न्यूट्रॉन सितारों के विलय में स्ट्रोंटियम की पहचान नामक एक नए अध्ययन में प्रस्तुत किए गए हैं। प्रमुख लेखक डेनमार्क में कोपेनहेगन विश्वविद्यालय से दारच वाटसन हैं। पत्र पत्रिका में प्रकाशित हुआ था प्रकृति 24 अक्टूबर 2019 को।

वाटसन ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा, "विलय से 2017 के आंकड़ों को फिर से जोड़कर, हमने अब इस आग के गोले, स्ट्रोंटियम में एक भारी तत्व के हस्ताक्षर की पहचान की है, जिससे साबित होता है कि न्यूट्रॉन सितारों की टक्कर से यह तत्व बनता है।"

रासायनिक तत्वों के फोर्जिंग को न्यूक्लियोसिंथेसिस कहा जाता है। वैज्ञानिक इसके बारे में दशकों से जानते हैं। हम जानते हैं कि उम्र बढ़ने वाले तारों की बाहरी परतों में और नियमित तारों में तत्व सुपरनोवा में होते हैं। जब न्यूट्रॉन कैप्चर की बात होती है, और कैसे भारी तत्वों का निर्माण होता है, तो हमारी समझ में अंतर आ गया है। वॉटसन के अनुसार, यह खोज उस अंतर को भरती है।

वाटसन कहते हैं, "तत्वों की उत्पत्ति को कम करने के लिए यह एक दशकों से लंबे समय तक चलने वाला अंतिम चरण है।" “अब हम जानते हैं कि तत्वों को बनाने वाली प्रक्रिया ज्यादातर साधारण सितारों में, सुपरनोवा विस्फोटों में, या पुराने सितारों की बाहरी परतों में हुई। लेकिन, अब तक, हम अंतिम, अनदेखा प्रक्रिया के स्थान को नहीं जानते थे, जिसे रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर के रूप में जाना जाता था, जिसने आवधिक तालिका में भारी तत्वों का निर्माण किया। "

न्यूट्रॉन कैप्चर दो प्रकार के होते हैं: तीव्र और धीमा। प्रत्येक प्रकार के न्यूट्रॉन पर कब्जा लोहे के मुकाबले लगभग आधे तत्वों के निर्माण के लिए जिम्मेदार है। रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर एक परमाणु नाभिक को भारी तत्वों का निर्माण करने की तुलना में जल्दी न्यूट्रॉन को पकड़ने की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया पर दशकों पहले काम किया गया था, और परिस्थितिजन्य साक्ष्य ने किलोनोवा को तेजी से न्यूट्रॉन पर कब्जा करने की प्रक्रिया के संभावित स्थान के रूप में बताया। लेकिन यह अब तक एक खगोल भौतिकी स्थल पर कभी नहीं देखा गया था।

कई तत्वों का उत्पादन करने के लिए सितारे पर्याप्त गर्म होते हैं। लेकिन केवल सबसे चरम गर्म वातावरण स्ट्रोंटियम जैसे भारी तत्व बना सकते हैं। इस किलोनोवा की तरह केवल उन वातावरणों के आसपास पर्याप्त मुक्त न्यूट्रॉन हैं। एक किलोनोवा में, परमाणु लगातार न्यूट्रॉन की भारी संख्या में बमबारी करते हैं, जिससे भारी तत्वों को बनाने के लिए रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर प्रक्रिया होती है।

"यह पहली बार है कि हम न्यूट्रॉन स्टार विलय के साथ न्यूट्रॉन कैप्चर के माध्यम से नव निर्मित सामग्री को सीधे जोड़ सकते हैं, यह पुष्टि करते हुए कि न्यूट्रॉन सितारे न्यूट्रॉन से बने हैं और इस तरह के विलय के लिए लंबे समय से बहस वाली रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर प्रक्रिया को बांधते हैं," कैमिला जूल कहते हैं हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी के हैंसन, जिन्होंने अध्ययन में एक प्रमुख भूमिका निभाई।

भले ही एक्स-शूटर डेटा कुछ वर्षों के लिए रहा हो, खगोलविदों ने यह निश्चित नहीं किया कि वे किलोनोवा में स्ट्रोंटियम देख रहे थे। उन्होंने सोचा कि वे इसे देख रहे हैं, लेकिन अभी निश्चित नहीं है। किलोनोवा और न्यूट्रॉन स्टार विलय की हमारी समझ पूरी तरह से दूर है। किलोनोवा के एक्स-शूटर स्पेक्ट्रा में जटिलताएं हैं जिनके माध्यम से काम करना पड़ता था, खासकर जब यह भारी तत्वों के स्पेक्ट्रा की पहचान करने की बात आती है।

“हम वास्तव में इस विचार के साथ आए थे कि हम घटना के बाद स्ट्रोंटियम को बहुत जल्दी देख सकते हैं। हालांकि, यह दिखाते हुए कि यह प्रदर्शन था कि मामला बहुत मुश्किल था। यह कठिनाई आवर्त सारणी में भारी तत्वों के वर्णक्रमीय उपस्थिति के हमारे अत्यधिक अधूरे ज्ञान के कारण थी, ”कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ता जोनातन सेलिंग कहते हैं, जो कागज पर एक प्रमुख लेखक थे।

अब तक, रैपिड न्यूट्रॉन कैप्चर पर बहुत बहस हुई, लेकिन कभी भी इसका अवलोकन नहीं किया गया। यह काम न्यूक्लियोसिंथेसिस की हमारी समझ में छेद में से एक में भरता है। लेकिन यह उससे कहीं आगे जाता है। यह न्यूट्रॉन सितारों की प्रकृति की पुष्टि करता है।

1932 में जेम्स चैडविक द्वारा न्यूट्रॉन की खोज के बाद, वैज्ञानिकों ने न्यूट्रॉन स्टार के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा। 1934 के एक पत्र में, खगोलविद फ्रिट्ज़ ज़्विकी और वाल्टर बाडे ने कहा कि "एक सुपर-नोवा एक साधारण सितारे के संक्रमण का प्रतिनिधित्व करता हैन्यूट्रॉन स्टार, मुख्य रूप से न्यूट्रॉन से मिलकर। इस तरह के तारे के पास बहुत छोटा त्रिज्या और अत्यधिक उच्च घनत्व हो सकता है। "

तीन दशक बाद, न्यूट्रॉन तारों को पल्सर से जोड़ा गया और उनकी पहचान की गई। लेकिन यह साबित करने का कोई तरीका नहीं था कि न्यूट्रॉन सितारे न्यूट्रॉन से बने थे, क्योंकि खगोलविदों को स्पेक्ट्रोस्कोपिक पुष्टि नहीं मिली थी।

लेकिन यह खोज, स्ट्रोंटियम की पहचान करके, जिसे केवल अत्यधिक न्यूट्रॉन प्रवाह के तहत संश्लेषित किया जा सकता था, यह साबित करता है कि न्यूट्रॉन तारे वास्तव में न्यूट्रॉन से बने होते हैं। जैसा कि लेखक अपने पेपर में कहते हैं, "यहां एक तत्व की पहचान जो केवल अत्यधिक न्यूट्रॉन प्रवाह के तहत इतनी जल्दी संश्लेषित हो सकती है, पहला प्रत्यक्ष स्पेक्ट्रोस्कोपिक सबूत प्रदान करता है कि न्यूट्रॉन सितारों में न्यूट्रॉन-समृद्ध पदार्थ शामिल हैं।"

यह महत्वपूर्ण कार्य है। खोज ने तत्वों की उत्पत्ति के बारे में हमारी समझ में दो छेद किए हैं। यह पर्यवेक्षणीय रूप से पुष्टि करता है कि वैज्ञानिक सैद्धांतिक रूप से क्या जानते थे। और वह हमेशा अच्छा होता है।