Чи потрібні бінарні злиття нейтронних зірок, щоб пояснити достаток золота?

Новина NPR Астрономи завдають гравітаційного золота при зіткненні нейтронних зірок згадує і цитує " Даніель Касен , теоретичний астрофізик з Каліфорнійського університету, Берклі:"

Він провів пізні ночі, спостерігаючи за тим, як надходять дані, і каже, що зірки, що зіткнулися, вивели велику хмару сміття.

"Це сміття - це дивні речі. Це золото і платина, але це змішується з тим, що ви б назвали просто звичайними радіоактивними відходами, і є ця велика хмара радіоактивних відходів, яка щойно починає збиратися з місця злиття", - каже Касен. "Це починається з невеликого розміру, з розміром маленького міста, але воно рухається так швидко - на кілька десятих швидкості світла - що через день це хмара розміром із Сонячної системи".

За його підрахунками, це зіткнення нейтронних зірок призвело до близько 200 маси чистого золота і, можливо, 500 земних мас платини. "Це смішно величезна кількість на людських масштабах", - каже Касен. У нього особисто є платинове обручка і зазначає, що "божевільно думати, що ці речі, які здаються дуже далекими та екзотичними, насправді впливають на світ і на нас в інтимних образах".

Чи потрібно було злиття бінарних даних нейтронних зірок пояснити велику кількість важких елементів, таких як золото та платина, чи це лише анекдотичний предмет? Наскільки важливі бінарні нейтронні зірки для великої кількості важких елементів, таких як золото? Чи є певний чи помітний папір, який я можу прочитати на цьому?

Я вже прочитав цю відповідь, але шукаю кращого пояснення необхідності такого роду злиття для пояснення достатку. Я впевнений, що в жодних спостережуваних подіях гамма-променів немає нічого, що показує спектральні лінії золота чи будь-якого ідентифікуючого важкого елемента (через неймовірне розширення допплера), тому з'єднання насправді має відбуватися з симуляцій.

Створення деяких дуже важких елементів, багатих нейтронами, таких як золото та платина, вимагає швидкого захоплення нейтронів. Це відбудеться лише у щільних, вибухонебезпечних умовах, де щільність вільних нейтронів велика. Протягом тривалого часу конкуруючі теорії та сайти для r-процесу були всередині супернових руйнів ядра та під час злиття нейтронних зірок.

Я розумію, що наднові стає все складніше виробляти (в теоретичних моделях) достатню кількість r-процесових елементів, щоб відповідати як кількості, так і детальним співвідношенням кількості r-процесових елементів у Сонячній системі (див., Наприклад, Wanajo et al. 2011) ; Arcones & Thielmann 2012 ). Необхідні умови, особливо дуже насичене нейтронами середовище у вітрах, що рухаються нейтрино, просто відсутні без тонкої настройки параметрів (див. Нижче).

Натомість моделі, що викликають злиття нейтронних зірок, набагато стійкіші до теоретичних невизначеностей і успішно створюють елементи r-процесу. Здається, знак запитання лише перевищує їх частоту в різні періоди еволюції галактики і саме те, наскільки викидається збагачений матеріал.

Оголошення GW170817 робить це все більш правдоподібним. Видно злиття нейтронної зірки. Поведінка оптичного та інфрачервоного випромінювання після події відповідає очікуванням об'єднання моделей нейтронних зірок (наприклад, Pian et al. 2017 ; Tanvir et al., 2017 ). Особливо слід зазначити, що розвивається непрозорість і згасання синього і видимого, при цьому в спектрі переважає інфрачервона система з широкими спектральними ознаками. Це сподівання на розширення хмари матеріалів, що сильно забруднюється наявністю лантанідів та інших елементів r-процесу ( Chornock et al., 2017 ). Розумна згода між спостереженнями та моделями свідчить про те, що в цьому вибуху дійсно було вироблено велику кількість елементів r-процесу.

Перейти звідти до твердження, що походження золота вирішено (як заявлено на прес-конференції) - це крок занадто далеко. Кількість виробленого r-технологічного матеріалу має великі невизначеності і залежить від моделі. Швидкість злиття обмежується лише приблизно на порядок в локальному Всесвіті і не вимірюється / відома в ранньому Всесвіті. Що можна сказати, це те, що цей канал для виробництва технологічних процесів безпосередньо спостерігався, і це необхідно враховувати.

З іншого боку, виробництво r-процесів каналом наднової ще не виключається. Принаймні, деякі симуляції, що стосуються обертання та магнітних полів, як і раніше залишаються «в грі» (наприклад, Nishimura et al. 2016 ). Можливо, наявність значного r-технологічного матеріалу в дуже старих зірках з бідними металами потребує наднового каналу, оскільки злиття нейтронних зірок потребує певного часу (наприклад, Cescutti et al. 2015 ; Cote et al., 2017 ) .

Загальна картина все ще невизначена. Огляд Siegel (2019) підсумовує, що найкраще підходить до наявних доказів - те, що деякі рідкісні типи основних надносів колапсу (відомі як "колапси") все ще є найкращою ставкою для пояснення елементів r-процесів Чумацького Шляху. Основним доказом цього є наявність покращення Європію (елемента r-процесу) у деяких дуже старих ореольних зірок та загальна тенденція зменшення Eu / Fe зі збільшенням Fe, що дозволяє припустити створення більш подібного до альфа-елементів виробничого майданчика для r -процес - тобто наднові.