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Article Dans Une Revue Nature Année : 2024

JWST detection of heavy neutron capture elements in a compact object merger

Andrew Levan , Benjamin P Gompertz , Om Sharan Salafia , Mattia Bulla , Eric Burns , Kenta Hotokezaka , Luca Izzo , Gavin P Lamb , Daniele B Malesani , Samantha R Oates , Maria Edvige Ravasio , Alicia Rouco Escorial , Benjamin Schneider , Nikhil Sarin , Steve Schulze , Nial R Tanvir , Kendall Ackley , Gemma Anderson , Gabriel B Brammer , Lise Christensen , Vikram S Dhillon , Phil A Evans , Michael Fausnaugh , Wen-Fai Fong , Andrew S Fruchter , Chris Fryer , Johan P.U Fynbo , Nicola Gaspari , Kasper E Heintz , Jens Hjorth , Jamie A Kennea , Mark R Kennedy , Tanmoy Laskar , Giorgos Leloudas , Ilya Mandel , Antonio Martin-Carrillo , Brian D Metzger , Matt Nicholl , Anya Nugent , Jesse T Palmerio (1) , Giovanna Pugliese , Jillian Rastinejad , Lauren Rhodes , Andrea Rossi , Stephen J Smartt , Heloise F Stevance , Aaron Tohuvavohu , Alexander van der Horst , Susanna D Vergani (1) , Darach Watson , Thomas Barclay , Kornpob Bhirombhakdi , Elmé Breedt , Alice A Breeveld , Alexander J Brown , Sergio Campana , Ashley A Chrimes , Paolo d'Avanzo , Valerio d'Elia , Massimiliano de Pasquale , Martin J Dyer , Duncan K Galloway , James A Garbutt , Matthew J Green , Dieter H Hartmann , Páll Jakobsson , Paul Kerry , Danial Langeroodi , James K Leung , Stuart P Littlefair , James Munday , Paul O'Brien , Steven G Parsons , Ingrid Pelisoli , Andrea Saccardi (1) , David I Sahman , Ruben Salvaterra , Boris Sbarufatti , Danny Steeghs , Gianpiero Tagliaferri , Christina C Thöne , Antonio de Ugarte Postigo (2) , David Alexander Kann
Andrew Levan
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Benjamin P Gompertz
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Om Sharan Salafia
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Mattia Bulla
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Eric Burns
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Kenta Hotokezaka
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Luca Izzo
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Gavin P Lamb
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Daniele B Malesani
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Samantha R Oates
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Maria Edvige Ravasio
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Alicia Rouco Escorial
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Benjamin Schneider
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Nikhil Sarin
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Steve Schulze
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Nial R Tanvir
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Kendall Ackley
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Gemma Anderson
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Gabriel B Brammer
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Lise Christensen
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Vikram S Dhillon
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Phil A Evans
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Michael Fausnaugh
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Wen-Fai Fong
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Andrew S Fruchter
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Chris Fryer
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Johan P.U Fynbo
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Jens Hjorth
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Mark R Kennedy
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Tanmoy Laskar
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Brian D Metzger
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Matt Nicholl
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Andrea Rossi
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James Munday
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Ingrid Pelisoli
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David I Sahman
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Ruben Salvaterra
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Boris Sbarufatti
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Danny Steeghs
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Gianpiero Tagliaferri
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Christina C Thöne
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David Alexander Kann
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Résumé

The mergers of binary compact objects such as neutron stars and black holes are of central interest to several areas of astrophysics, including as the progenitors of gamma-ray bursts (GRBs), sources of high-frequency gravitational waves and likely production sites for heavy element nucleosynthesis via rapid neutron capture (the r-process). These heavy elements include some of great geophysical, biological and cultural importance, such as thorium, iodine and gold. Here we present observations of the exceptionally bright gamma-ray burst GRB 230307A. We show that GRB 230307A belongs to the class of long-duration gamma-ray bursts associated with compact object mergers, and contains a kilonova similar to AT2017gfo, associated with the gravitational-wave merger GW170817. We obtained James Webb Space Telescope mid-infrared (mid-IR) imaging and spectroscopy 29 and 61 days after the burst. The spectroscopy shows an emission line at 2.15 microns which we interpret as tellurium (atomic mass A=130), and a very red source, emitting most of its light in the mid-IR due to the production of lanthanides. These observations demonstrate that nucleosynthesis in GRBs can create r-process elements across a broad atomic mass range and play a central role in heavy element nucleosynthesis across the Universe.

Dates et versions

hal-04170764 , version 1 (25-07-2023)

Identifiants

Citer

Andrew Levan, Benjamin P Gompertz, Om Sharan Salafia, Mattia Bulla, Eric Burns, et al.. JWST detection of heavy neutron capture elements in a compact object merger. Nature, 2024, 626 (8000), pp.737-741. ⟨10.1038/s41586-023-06759-1⟩. ⟨hal-04170764⟩
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