1 июня, 2023

bolgrad

Находите самые свежие мировые новости со всего мира в Болграде.

Встречающиеся нейтронные звезды — это «золотая жила» для тяжелых элементов — главного космического источника золота и платины.

Новое исследование предполагает, что двойные нейтронные звезды являются потенциальным космическим источником золота, платины и других тяжелых металлов, которые мы видим сегодня. Предоставлено: Национальный научный фонд / LIGO / Государственный университет Сономы / A. Симоннет, отредактированный MIT News

Слияния двух нейтронных звезд дали больше тяжелых элементов за последние 2,5 миллиарда лет, чем слияния нейтронных звезд и черных дыр.

Большинство элементов легче железа образуются в ядрах звезд. Горячий белый центр звезды способствует слиянию протонов, сжимая их вместе, создавая все более тяжелые элементы. Но помимо железа, ученые ломали голову над тем, что могло привести к появлению золота, платины и остальных тяжелых элементов во Вселенной, для образования которых требуется больше энергии, чем может накопить звезда.

Новое исследование исследователей из С участием И Университет Нью-Гэмпшира обнаружил, что среди двух давно подозреваемых источников тяжелых металлов один является более золотой жилой, чем другой.

Исследование было опубликовано сегодня (25 октября 2021 г.) в Письма в астрофизический журнал, отчеты показывают, что за последние 2,5 миллиарда лет больше тяжелых металлов было произведено в бинарной системе. нейтронная звезда Слияния или столкновения двух нейтронных звезд — это слияния нейтронной звезды и Черная дыра.

Это первое исследование, в котором сравниваются два типа термоядерного синтеза с точки зрения производства тяжелых металлов, и предполагается, что двойные нейтронные звезды являются потенциальным космическим источником золота, платины и других тяжелых металлов, которые мы видим сегодня. Полученные данные также могут помочь ученым определить скорость, с которой тяжелые металлы производятся во Вселенной.

говорит ведущий автор Синь-Ю Чен, научный сотрудник Института Кавли Института астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института.

Соавторами Чена являются Сальваторе Витале, доцент физики Массачусетского технологического института, и Франсуа Фукар из ООН.

READ  Ракетный отчет: SpaceX собирает больше денег, купите свой New Glenn

Активная вспышка

Когда звезды подвергаются ядерному слиянию, им нужна энергия для слияния протонов с образованием более тяжелых элементов. Звезды эффективно превращают элементы легче водорода в железо. Однако включение в железо более 26 протонов становится энергетически неэффективным.

«Если вы хотите обойтись без железа и построить более тяжелые элементы, такие как золото и платина, вам нужен другой способ сбрасывать протоны», — говорит Витале.

Ученые подозревают, что ответом могут быть сверхновые. Когда массивная звезда коллапсирует в сверхновую, железо в ее центре может объединяться с более легкими элементами при интенсивном падении, создавая более тяжелые элементы.

Однако в 2017 году был подтвержден многообещающий кандидат в виде слияния нейтронно-звездной двойной системы, впервые обнаруженного Лего и Дева, обсерватории гравитационных волн в США и Италии соответственно. подобраны реагенты гравитационные волны, или рябь в пространстве-времени, которая возникла на расстоянии 130 миллионов световых лет от Земли в результате столкновения двух нейтронных звезд — коллапсирующих ядер массивных звезд, заполненных нейтронами и являющихся одними из самых плотных объектов во Вселенной.

Космический синтез выпустил вспышку света, на которой были отпечатки тяжелых металлов.

«Объем золота, полученного в процессе плавления, в несколько раз превышал массу Земли», — говорит Чен. «Это полностью изменило картину. Математика показала, что двойные нейтронные звезды были гораздо более эффективным способом создания тяжелых элементов по сравнению со сверхновыми».

Бинарный золотой рудник

Чен и ее коллеги спросили, как слияние нейтронных звезд сравнивается со столкновениями нейтронной звезды и черной дыры. Это еще один тип термоядерного синтеза, который был обнаружен LIGO и Virgo и может быть заводом по производству тяжелых металлов. Ученые считают, что при определенных условиях черная дыра может инактивировать нейтронную звезду, так что она воспламеняется и высвобождает тяжелые металлы до того, как черная дыра полностью поглотит звезду.

READ  Rocket Lab запечатлела падение ракеты-носителя вертолета до того, как он упадет

Команда намеревалась определить, сколько золота и других тяжелых металлов обычно производит каждый тип термоядерного синтеза. Для своего анализа они сосредоточились на открытиях LIGO и Virgo на сегодняшний день по слиянию двух двойных нейтронных звезд и слиянию двух нейтронных звезд — черной дыры.

Сначала исследователи оценили массу каждого объекта в каждом слиянии, а также скорость вращения каждой черной дыры, учитывая, что, если черная дыра была слишком массивной или медленной, она поглотила бы нейтронную звезду, прежде чем у нее появится шанс произвести тяжелую. . элементы. Они также определили устойчивость каждой нейтронной звезды к возмущениям. Чем более устойчива звезда, тем меньше вероятность того, что она будет производить тяжелые элементы. Они также оценили, насколько часто происходит одно слияние по сравнению с другим, на основе наблюдений LIGO, Virgo и других обсерваторий.

Наконец, команда использовала численное моделирование, разработанное Фоккартом, чтобы вычислить среднее количество золота и других тяжелых металлов, которые будет производить каждый синтез, учитывая различные комбинации массы, вращения, степени турбулентности и скорости появления объектов.

В среднем исследователи обнаружили, что двойные слияния нейтронных звезд могут генерировать от 2 до 100 раз больше тяжелых металлов, чем слияния нейтронных звезд и черных дыр. По оценкам, четыре слияния, на которых они основывали свой анализ, произошли за последние 2,5 миллиарда лет. Затем они пришли к выводу, что в течение этого периода, по крайней мере, более тяжелых элементов было произведено в результате двойных слияний нейтронных звезд, чем в результате столкновений нейтронных звезд и черных дыр.

Масштабы могут измениться в пользу слияния черных дыр между нейтронными звездами, если черные дыры имеют высокое вращение и низкую массу. Однако ученые еще не наблюдали эти типы черных дыр в двух обнаруженных слияниях.

READ  Самая точная из когда-либо измеренных масс W-бозона отличается от предсказания Стандартной модели.

Чен и ее коллеги надеются, что по мере возобновления наблюдений LIGO и Virgo в следующем году, новые открытия улучшат оценки группы скорости, с которой каждое слияние производит тяжелые элементы. Эти показатели, в свою очередь, могут помочь ученым определить возраст далеких галактик на основе содержания в них различных элементов.

«Вы можете использовать тяжелые металлы так же, как углерод, чтобы датировать останки динозавров», — говорит Витале. «Поскольку все эти явления имеют разные внутренние скорости и выход тяжелых элементов, это повлияет на то, как временная метка прикрепляется к галактике. Так что такое исследование может улучшить этот анализ».

Источник: «Относительный вклад в производство тяжелых металлов от двойных слияний нейтронных звезд и нейтронных звезд и слияний черных дыр» Синь Юэ-Чин, Сальватор Витале и Франсуа Фукар, 25 октября 2021 г., Письма в астрофизический журнал.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ac26c6

Это исследование частично финансировалось НАСАи Национальный научный фонд и лаборатория LIGO.