Pela primeira vez, um elemento pesado recém-feito, estrôncio, foi detectado no espaço, na sequência da fusão de duas estrelas de nêutrons. Esta descoberta foi observada pelo espectrógrafo X-shooter do ESO no Very Large Telescope (VLT) e foi publicada hoje na Nature. A detecção confirma que os elementos mais pesados ​​do Universo podem se formar em fusões de estrelas de nêutrons, fornecer uma peça que faltava no quebra-cabeça da formação de elementos químicos.

Em 2017, seguindo a detecção de ondas gravitacionais passando pela Terra, ESO apontou seus telescópios no Chile, incluindo o VLT, para a fonte:uma fusão de estrelas de nêutrons chamada GW170817. Os astrônomos suspeitaram que, se elementos mais pesados ​​se formaram em colisões de estrelas de nêutrons, assinaturas desses elementos podem ser detectadas em quilonovas, as consequências explosivas dessas fusões. Isso é o que uma equipe de pesquisadores europeus já fez, usando dados do instrumento X-shooter no VLT do ESO.

Após a fusão GW170817, A frota de telescópios do ESO começou a monitorar a explosão emergente de kilonova em uma ampla gama de comprimentos de onda. O X-shooter, em particular, obteve uma série de espectros do ultravioleta ao infravermelho próximo. A análise inicial desses espectros sugeriu a presença de elementos pesados ​​na kilonova, mas os astrônomos não conseguiram identificar elementos individuais até agora.

"Ao reanalisar os dados de 2017 da fusão, agora identificamos a assinatura de um elemento pesado nesta bola de fogo, estrôncio, provando que a colisão de estrelas de nêutrons cria este elemento no Universo, "diz o autor principal do estudo, Darach Watson, da Universidade de Copenhagen, na Dinamarca. Na Terra, o estrôncio é encontrado naturalmente no solo e está concentrado em certos minerais. Seus sais são usados ​​para dar aos fogos de artifício uma cor vermelha brilhante.

Os astrônomos conhecem os processos físicos que criam os elementos desde a década de 1950. Nas décadas seguintes, eles descobriram os sítios cósmicos de cada uma dessas principais forjas nucleares, excepto um. "Este é o estágio final de uma perseguição de décadas para determinar a origem dos elementos, "diz Watson." Nós sabemos agora que os processos que criaram os elementos aconteceram principalmente em estrelas comuns, em explosões de supernova, ou nas camadas externas de velhas estrelas. Mas, até agora, não sabíamos o local da final, processo não descoberto, conhecido como captura rápida de nêutrons, que criou os elementos mais pesados ​​na tabela periódica. "

A captura rápida de nêutrons é um processo no qual um núcleo atômico captura nêutrons com rapidez suficiente para permitir a criação de elementos muito pesados. Embora muitos elementos sejam produzidos nos núcleos das estrelas, criando elementos mais pesados ​​que o ferro, como estrôncio, requer ambientes ainda mais quentes com muitos nêutrons livres. A captura rápida de nêutrons só ocorre naturalmente em ambientes extremos, onde os átomos são bombardeados por um grande número de nêutrons.

"Esta é a primeira vez que podemos associar diretamente o material recém-criado formado por captura de nêutrons com uma fusão de estrelas de nêutrons, confirmando que as estrelas de nêutrons são feitas de nêutrons e vinculando o há muito debatido processo de captura rápida de nêutrons a essas fusões, "diz Camilla Juul Hansen, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, que desempenhou um papel importante no estudo.

Os cientistas só agora estão começando a entender melhor as fusões de estrelas de nêutrons e as quilonovas. Por causa da compreensão limitada desses novos fenômenos e outras complexidades nos espectros que o X-shooter do VLT tirou da explosão, os astrônomos não foram capazes de identificar elementos individuais até agora.

"Na verdade, tivemos a ideia de que poderíamos ver estrôncio muito rapidamente após o evento. No entanto, mostrar que esse era comprovadamente o caso acabou sendo muito difícil. Esta dificuldade foi devido ao nosso conhecimento altamente incompleto da aparência espectral dos elementos mais pesados ​​na tabela periódica, "diz o pesquisador da Universidade de Copenhagen Jonatan Selsing, quem foi um dos principais autores do artigo.

A fusão GW170817 foi a quinta detecção de ondas gravitacionais, tornou-se possível graças ao Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) da NSF nos Estados Unidos e ao interferômetro de Virgo na Itália. Localizado na galáxia NGC 4993, a fusão foi a primeira, e até agora o único, fonte de onda gravitacional para ter sua contraparte visível detectada por telescópios na Terra.

Com os esforços combinados do LIGO, Virgem e o VLT, ainda temos a compreensão mais clara do funcionamento interno das estrelas de nêutrons e suas fusões explosivas.

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo a ser publicado em Natureza em 24 de outubro de 2019.