29 ноября, 2021

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  Неисправные климатические модели? Северный Ледовитый океан становится теплее на десятилетия раньше, чем мы думали

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  Сотрудник Starbucks дал положительный результат на гепатит А, который может подвергнуть тысячи клиентов вирусу.

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  В штате Орегон зарегистрировано еще 41 смертельный случай, связанный с COVID-19, 1658 случаев заболевания и 822 госпитализации

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.