infos.ro

Ciocnirile stelelor neutronice sunt o „mină de aur” de elemente grele, arată studiul | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Majoritatea elementelor mai ușoare decât fierul sunt forjate în miezurile stelelor. Centrul încins alb al unei stele alimentează fuziunea protonilor, strângându-i împreună pentru a construi elemente din ce în ce mai grele. Dar, dincolo de fier, oamenii de știință s-au nedumerit asupra a ceea ce ar putea da naștere aurului, platinei și a restului elementelor grele ale universului, a căror formare necesită mai multă energie decât poate strânge o stea.

Un nou studiu realizat de cercetătorii de la MIT și de la Universitatea din New Hampshire descoperă că dintre două surse suspectate de mult timp de metale grele, una este mai mult o mină de aur decât cealaltă.

Studiul, publicat astăzi în Scrisori din jurnalul astrofizicraportează că în ultimii 2,5 miliarde de ani s-au produs mai multe metale grele în fuziuni de stele de neutroni binare, sau ciocniri între două stele de neutroni, decât în ​​fuziunile dintre o stea neutronică și o gaură neagră.

Studiul este primul care compară cele două tipuri de fuziune în ceea ce privește producția de metale grele și sugerează că stelele binare cu neutroni sunt o sursă cosmică probabilă pentru aur, platină și alte metale grele pe care le vedem astăzi. Descoperirile ar putea ajuta, de asemenea, oamenii de știință să determine rata cu care metalele grele sunt produse în univers.

„Ceea ce ni se pare incitant la rezultatul nostru este că, la un anumit nivel de încredere, putem spune că stelele binare cu neutroni sunt probabil mai mult o mină de aur decât fuziunile stea neutronă-găură neagră”, spune autorul principal Hsin-Yu Chen, un postdoctorat la Institutul Kavli al MIT. pentru astrofizică și cercetare spațială.

Co-autorii lui Chen sunt Salvatore Vitale, profesor asistent de fizică la MIT, și Francois Foucart de la UNH.

Un blitz eficient

Pe măsură ce stelele suferă fuziune nucleară, ele au nevoie de energie pentru a fuziona protonii și a forma elemente mai grele. Stelele sunt eficiente în a produce elemente mai ușoare, de la hidrogen la fier. Fuzionarea a mai mult de cei 26 de protoni din fier devine însă ineficientă din punct de vedere energetic.

„Dacă vrei să treci de fier și să construiești elemente mai grele, cum ar fi aurul și platina, ai nevoie de o altă modalitate de a arunca protoni împreună”, spune Vitale.

Oamenii de știință au bănuit că supernovele ar putea fi un răspuns. Când o stea masivă se prăbușește într-o supernovă, fierul din centrul ei s-ar putea combina cu elemente mai ușoare în precipitațiile extreme pentru a genera elemente mai grele.

În 2017, însă, a fost confirmat un candidat promițător, sub forma unei fuziuni de stele de neutroni binare, detectată pentru prima dată de LIGO și Virgo, observatoarele de unde gravitaționale din Statele Unite și, respectiv, din Italia. Detectoarele au captat unde gravitaționale sau valuri în spațiu-timp, care au provenit la 130 de milioane de ani lumină de Pământ, dintr-o coliziune între două stele neutronice – nuclee prăbușite de stele masive, care sunt pline de neutroni și sunt printre cele mai dense obiecte din lume. univers.

Fuziunea cosmică a emis un fulger de lumină, care conținea semnături ale metalelor grele.

„Mărimea aurului produs în urma fuziunii a fost echivalentă cu de câteva ori masa Pământului”, spune Chen. „Asta a schimbat complet imaginea. Matematica a arătat că stelele binare cu neutroni erau o modalitate mai eficientă de a crea elemente grele, în comparație cu supernove.”

O mină de aur binară

Chen și colegii săi s-au întrebat: Cum ar putea fi comparate fuziunile stelelor neutronice cu coliziunile dintre o stea neutronică și o gaură neagră? Acesta este un alt tip de fuziune care a fost detectat de LIGO și Virgo și ar putea fi o fabrică de metale grele. În anumite condiții, bănuiesc oamenii de știință, o gaură neagră ar putea perturba o stea neutronică, astfel încât să scoată scântei și să arunce metale grele înainte ca gaura neagră să înghită complet steaua.

Echipa și-a propus să determine cantitatea de aur și alte metale grele pe care fiecare tip de fuziune ar putea produce de obicei. Pentru analiza lor, ei s-au concentrat pe detectările LIGO și ale Fecioarei până în prezent a două fuziuni de stele de neutroni binare și două fuziuni de stele de neutroni – găuri negre.

Cercetătorii au estimat mai întâi masa fiecărui obiect în fiecare fuziune, precum și viteza de rotație a fiecărei găuri negre, motivând că, dacă o gaură neagră este prea masivă sau prea lentă, ar înghiți o stea neutronică înainte de a avea șansa de a produce grea. elemente. Ei au determinat, de asemenea, rezistența fiecărei stele neutronice la perturbare. Cu cât o stea este mai rezistentă, cu atât este mai puțin probabil să producă elemente grele. De asemenea, au estimat cât de des are loc o fuziune în comparație cu cealaltă, pe baza observațiilor realizate de LIGO, Virgo și alte observatoare.

În cele din urmă, echipa a folosit simulări numerice dezvoltate de Foucart, pentru a calcula cantitatea medie de aur și alte metale grele pe care ar produce fiecare fuziune, având în vedere diferite combinații ale masei obiectelor, rotației, gradului de perturbare și rata de apariție.

În medie, cercetătorii au descoperit că fuziunile stelelor de neutroni binare ar putea genera de două până la 100 de ori mai multe metale grele decât fuziunile dintre stele de neutroni și găurile negre. Se estimează că cele patru fuziuni pe care și-au bazat analiza au avut loc în ultimii 2,5 miliarde de ani. Ei au ajuns la concluzia că, în această perioadă, cel puțin, au fost produse mai multe elemente grele prin fuziunea stelelor neutronice binare decât prin coliziuni între stele neutronice și găurile negre.

Balanța s-ar putea înclina în favoarea fuziunilor stea neutronică-găură neagră dacă găurile negre ar avea rotații mari și mase mici. Cu toate acestea, oamenii de știință nu au observat încă acest tip de găuri negre în cele două fuziuni detectate până în prezent.

Chen și colegii ei speră că, pe măsură ce LIGO și Virgo reiau observațiile anul viitor, mai multe detectări vor îmbunătăți estimările echipei pentru ritmul cu care fiecare fuziune produce elemente grele. Aceste rate, la rândul lor, pot ajuta oamenii de știință să determine vârsta galaxiilor îndepărtate, pe baza abundenței diferitelor lor elemente.

„Puteți folosi metale grele în același mod în care folosim carbonul pentru a data rămășițele de dinozaur”, spune Vitale. „Deoarece toate aceste fenomene au rate intrinseci și randamente diferite ale elementelor grele, asta va afecta modul în care atașați o marca temporală unei galaxii. Deci, acest tip de studiu poate îmbunătăți aceste analize.”

Această cercetare a fost finanțată, parțial, de NASA, Fundația Națională pentru Știință și Laboratorul LIGO.

Sursa articol

You might also like