宇宙科学者らは、周期表の左下隅に位置する重元素ストロンチウムが、宇宙空間で2つの中性子星の衝突によって生成されたことを初めて発見した。
水曜日のネイチャー誌の論文で報告されたこの発見は、鉄よりも重い元素が宇宙でどのように生成されるかを理解するための重要なパズルのピースとなる。
「これは、元素の起源を突き止めるための数十年に及ぶ研究の最終段階だ」と、論文の第一著者でデンマークのコペンハーゲン大学の准教授ダラク・ワトソン氏は語った。
高温の恒星の中心部で元素が生成されることはよく知られています。水素やヘリウムよりも大きな原子核が熱によって融合し、より重い元素が作られます。しかし、元素合成と呼ばれるこのプロセスは、通常、鉄で止まります。簡単に言えば、恒星にはそれよりも大きな原子核を作り出すのに十分なエネルギーがないからです。
さらに進むと、「急速中性子捕獲」と呼ばれる現象を始動させるには、大量の自由中性子が存在する極限環境が必要です。急速中性子捕獲では、原子核が中性子をより高速に吸収し、鉄よりも重い元素を生成します。研究者たちは急速中性子捕獲の仕組みを理解していますが、宇宙空間でそれが自然にどこで起こるのかをこれまで確認できていません。
「元素を生成したプロセスは、主に普通の恒星、超新星爆発、あるいは古い恒星の外層で起こったことが今では分かっています。しかし、これまで、周期表のより重い元素を生成した、急速中性子捕獲と呼ばれる最後の未発見のプロセスがどこで起こったのかは分かっていませんでした」とワトソン氏は述べた。
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コペンハーゲン大学を率いる研究チームは、地球上の観測所で重力波の観測につながった中性子星合体現象GW170817を観測することにしました。中性子星は、まさに大量の中性子を持っています。もし中性子星が合体すれば、原子核が粒子に衝突する可能性が高くなり、結果として生じる爆発で重元素を検出しやすくなります。
彼らは、チリのパラナル天文台にあるヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡に搭載されたX-シューター装置で撮影された分光写真を調べ、ストロンチウムの存在を調べた。
「中性子捕獲によって新たに生成された物質を中性子星の合体と直接関連付けることができたのは今回が初めてであり、中性子星が中性子でできていることが確認され、長年議論されてきた急速な中性子捕獲プロセスがこのような合体と結び付けられました」と、論文の共著者でありコペンハーゲン大学の研究員であるカミラ・ユール・ハンセン氏は結論付けました。®
