Zderzenia gwiazd neutronowych wzbogacają wszechświat bardziej niż łączenie czarnych dziur z gwiazdami
Naukowiec MIT, od FAM a University of New Hampshire obliczył ilość ciężkich pierwiastków wytwarzanych podczas łączenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi i porównał swoje dane z ilością ciężkich pierwiastków wytwarzanych podczas łączenia się gwiazd neutronowych. Hsin-Yu Chen, Salvatore Vitale i Francois Foucart wykorzystali zaawansowane systemy symulacyjne i dane z Obserwatoria fal grawitacyjnych LIGO-Virgo.
Obecnie astrofizycy nie do końca rozumieją, jak we wszechświecie powstają pierwiastki cięższe od żelaza. Uważa się, że powstają na dwa sposoby. Około połowa tych pierwiastków powstaje podczas procesu sw gwiazdach o małej masie (0,5-10 mas Słońca) w końcowej fazie ich życia. Są to wtedy czerwone olbrzymy. Tam ma miejsce Nukleosynteza zamiast kiedy szybko Neutrony być wychwytywane przez nuklidy o niskiej gęstości neutronów i średnich temperaturach.
Źródło obrazu: Pixabay / Ci,
Natomiast druga połowa ciężkich elementów powstaje szybko r proces, dla wybuchów supernowych i kilonowych. Następnie następuje szybkie wychwytywanie wielu neutronów, po którym następuje seria rozpadów, które prowadzą do powstania stabilnego pierwiastka. Proces ten wymaga wysokich temperatur i bardzo gęstych przepływów neutronów. Jednak naukowcy spierają się o to, gdzie zachodzi proces r.
W 2017 LIGO-Virgo podpisała Fuzja gwiazd neutronowych o doprowadzeniu do ogromnej eksplozji, zwanej a kilonowa, prowadzony. Potwierdzono wówczas, że w procesie tym powstają ciężkie pierwiastki. Istnieje jednak możliwość, że proces r zachodzi również natychmiast po połączeniu gwiazdy neutronowej z czarną dziurą.
Naukowcy podejrzewają, że gdy gwiazda neutronowa zostaje rozerwana przez Pole grawitacyjne Czarna dziura wyrzuca w kosmos ogromną ilość materiału bogatego w neutrony. Eksperci zwracają jednak uwagę, że proces ten musi być czarną dziurą o stosunkowo niewielkiej masie, która obraca się bardzo szybko. Czarna dziura, która jest zbyt masywna, bardzo szybko stanie się materiałem z Gwiazda neutronowa wchłonąć, a niewiele wyląduje w kosmosie.
Chen, Vitale i Foucart jako pierwsi przedstawili tłum ciężkie elementy porównane, które powstają w obu typach r-procesów. W ten sposób przetestowali liczne modele, według których mógł działać proces r.
Większość symulacji pokazała, że w ciągu ostatnich 2,5 miliarda lat przestrzeń została wzbogacona o 2 do 100 razy więcej ciężkich pierwiastków w wyniku łączenia się gwiazd neutronowych niż w wyniku zderzeń czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi. W modelach, w których czarna dziura obracała się powoli, połączenie Gwiazdy neutronowe dwa razy więcej ciężkich pierwiastków niż połączenie czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Z drugiej strony, gdy gwiazdy neutronowe łączą się, gdzie Czarna dziura obraca się powoli i ma niską masę - mniej niż 5 mas Słońca - do 100 razy cięższe pierwiastki niż w procesie r. Jednak dane, które obecnie posiadamy, zwykle wykluczają istnienie takich czarnych dziur.
Autorzy badania już planują wykorzystać dane z: FAM, Panna i nowy Japończyk Wykrywacz KAGRA ulepszyć. Wszystkie trzy instrumenty powinny być ponownie gotowe do użycia w przyszłym roku. Dokładniejsze obliczenia tempa produkcji ciężkich pierwiastków we wszechświecie przydadzą się m.in. do lepszego określenia wieku odległych galaktyk.