Czy binarne połączenia gwiazd neutronowych są potrzebne, aby wyjaśnić obfitość złota?

Artykuł NPR News Astronomers Strike Gravitational Gold In Colliding Neutron Stars wspomina i cytuje „ Daniel Kasen , astrofizyk teoretyczny z University of California, Berkeley:”

Spędzał późne noce, obserwując nadchodzące dane i mówi, że zderzające się gwiazdy wyrzuciły z siebie dużą chmurę szczątków.

„Te szczątki to dziwne rzeczy. Złoto i platyna, ale zmieszane z czymś, co można nazwać zwykłymi odpadami radioaktywnymi, i istnieje duża chmura odpadów radioaktywnych, która zaczyna wyrastać z miejsca połączenia” - mówi Kasen. „Zaczyna się od małych, mniej więcej wielkości małego miasta, ale porusza się tak szybko - kilka dziesiątych prędkości światła - że po dniu jest chmurą wielkości Układu Słonecznego”.

Według jego szacunków zderzenie gwiazd neutronowych wytworzyło około 200 mas Ziemi czystego złota i może 500 mas Ziemi platyny. „To absurdalnie duża ilość w ludzkiej skali” - mówi Kasen. Osobiście ma platynową obrączkę ślubną i zauważa, że ​​„szaleństwem jest myśleć, że te rzeczy, które wydają się bardzo odległe i jakby egzotyczne, faktycznie wpływają na świat i nas w intymny sposób”.

Czy połączenie binariów gwiazd neutronowych było konieczne, aby wyjaśnić obfitość ciężkich pierwiastków, takich jak złoto i platyna, czy to tylko anegdotyczny przedmiot? Jak ważne są podwójne gwiazdy neutronowe dla obfitości ciężkich pierwiastków, takich jak złoto? Czy jest jakiś szczególny lub znaczący artykuł, który mogę na ten temat przeczytać?

Przeczytałem już tę odpowiedź, ale szukam lepszego wyjaśnienia potrzeby tego rodzaju połączenia w celu wyjaśnienia obfitości. Jestem prawie pewien, że w żadnych zaobserwowanych zdarzeniach promieniowania gamma nie ma nic, co pokazuje linie widmowe złota lub jakiegokolwiek możliwego do zidentyfikowania ciężkiego pierwiastka (z powodu niesamowitego poszerzenia dopplera), więc połączenie musi faktycznie pochodzić z symulacji.

Tworzenie niektórych bardzo ciężkich pierwiastków bogatych w neutrony, takich jak złoto i platyna, wymaga szybkiego wychwytywania neutronów. Stanie się to tylko w gęstych, wybuchowych warunkach, w których gęstość wolnych neutronów jest duża. Przez długi czas konkurujące teorie i miejsca dla procesu R znajdowały się w supernowych zapadających się jąder i podczas fuzji gwiazd neutronowych.

Rozumiem, że supernowe mają coraz większe trudności z produkcją (w modelach teoretycznych) wystarczających elementów procesu r, aby dopasować zarówno ilość, jak i szczegółowe proporcje obfitości elementów procesu r w Układzie Słonecznym (patrz na przykład Wanajo i in. 2011 ; Arcones i Thielmann 2012 ). Wymagane warunki, szczególnie środowisko bardzo bogate w neutrony w wiatrach napędzanych neutrino, po prostu nie występują bez dokładnego dostrojenia parametrów (patrz poniżej).

Zamiast tego modele wywołujące fuzje gwiazd neutronowych są znacznie bardziej odporne na niepewności teoretyczne i z powodzeniem wytwarzają elementy procesu r. Znak zapytania wydaje się przekraczać tylko ich częstotliwość w różnych momentach ewolucji galaktyki i dokładnie, ile wyrzuconego wzbogaconego materiału.

Ogłoszenie GW170817 czyni to wszystko bardziej prawdopodobnym. Obserwowano połączenie gwiazdy neutronowej. Zachowanie emisji optycznej i podczerwonej po zdarzeniu odpowiada oczekiwaniom połączenia modeli gwiazd neutronowych (np. Pian i in. 2017 ; Tanvir i in. 2017 ). Na szczególną uwagę zasługuje rozwijające się nieprzezroczystość i zanikanie w kolorze niebieskim i widzialnym, przy czym widmo jest zdominowane przez podczerwień o szerokich cechach spektralnych. Jest to oczekiwanie na rozszerzającą się chmurę materiału, która jest silnie zanieczyszczona obecnością lantanowców i innych pierwiastków procesu r ( Chornock i in. 2017 ). Rozsądna zgodność między obserwacjami i modelami sugeruje, że w tej eksplozji wytworzono rzeczywiście dużą liczbę elementów procesu r.

Stąd przejście do twierdzenia, że ​​pochodzenie złota zostało rozwiązane (jak twierdzono na konferencji prasowej), to krok za daleko. Ilość wytworzonego materiału r-procesowego ma duże niepewności i zależy od modelu. Szybkość fuzji jest ograniczona do około rzędu wielkości we wszechświecie lokalnym i nie jest mierzona / znana we wczesnym wszechświecie. Można powiedzieć, że ten kanał produkcji r-procesowej został zaobserwowany bezpośrednio i dlatego należy go wziąć pod uwagę.

Z drugiej strony, produkcja r-procesu przez kanał supernowej nie jest jeszcze wykluczona. Przynajmniej niektóre symulacje, które obejmują obrót, a pola magnetyczne wydają się być nadal „w grze” (np. Nishimura i in. 2016 ). Możliwe, że obecność znaczącego materiału procesu rw bardzo starych gwiazdach ubogich w metal wymaga kanału supernowej, ponieważ połączenie gwiazd neutronowych zajmuje sporo czasu (np. Cescutti i in. 2015 ; Cote i in. 2017 ) .

Ogólny obraz jest nadal niepewny. W przeglądzie Siegela (2019) stwierdzono, że najlepiej pasuje do dostępnych dowodów, że niektóre rzadkie typy supernowych zapadających się rdzeni (znane jako „collapsars”) są nadal najlepszym sposobem na wyjaśnienie elementów procesu r Drogi Mlecznej. Podstawowym dowodem na to jest obecność ulepszeń Europu (element procesu r) w niektórych bardzo starych gwiazdach halo i ogólny trend zmniejszania Eu / Fe wraz ze wzrostem Fe, co sugeruje, że miejsce produkcji r jest bardziej podobne do elementu alfa -process - tj. supernowe.