JWST detection of heavy neutron capture elements in a compact object merger
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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Samantha R Oates
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Maria Edvige Ravasio
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Alicia Rouco Escorial
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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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Kasper E Heintz
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Jens Hjorth
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Jamie A Kennea
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Mark R Kennedy
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Tanmoy Laskar
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Giorgos Leloudas
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Ilya Mandel
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Antonio Martin-Carrillo
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Brian D Metzger
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Matt Nicholl
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Anya Nugent
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Giovanna Pugliese
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Jillian Rastinejad
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Lauren Rhodes
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Andrea Rossi
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Stephen J Smartt
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Heloise F Stevance
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Aaron Tohuvavohu
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Alexander van der Horst
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Susanna D Vergani
(1)
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Darach Watson
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Thomas Barclay
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Kornpob Bhirombhakdi
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Elmé Breedt
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Alice A Breeveld
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Alexander J Brown
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Sergio Campana
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Ashley A Chrimes
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Paolo d'Avanzo
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Valerio d'Elia
,
Massimiliano de Pasquale
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Martin J Dyer
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Duncan K Galloway
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James A Garbutt
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Matthew J Green
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Dieter H Hartmann
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Páll Jakobsson
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Paul Kerry
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Danial Langeroodi
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James K Leung
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Stuart P Littlefair
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James Munday
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Paul O'Brien
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Steven G Parsons
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Ingrid Pelisoli
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Andrea Saccardi
(1)
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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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Antonio de Ugarte Postigo
(2)
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David Alexander Kann
Andrew Levan
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Mattia Bulla
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Daniele B Malesani
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Darach Watson
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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.