Столкновения нейтронных звезд обогащают Вселенную больше, чем слияние черных дыр со звездами

Ученый MIT, от LIGO и Университет Нью-Гэмпшира рассчитал количество тяжелых элементов, образующихся при слиянии черных дыр с нейтронными звездами, и сравнил их данные с количеством тяжелых элементов, образующихся при слиянии нейтронных звезд. Синь-Ю Чен, Сальваторе Витале и Франсуа Фукар использовали передовые системы моделирования и данные из Гравитационно-волновые обсерватории LIGO-Virgo.

В настоящее время астрофизики не до конца понимают, как во Вселенной образуются элементы тяжелее железа. Считается, что они возникают двумя способами. Около половины этих элементов образуются в процессе s в звездах малой массы (0,5-10 масс Солнца) на заключительных этапах их жизни. Тогда они красные гиганты. Там происходит Нуклеосинтез вместо того, когда быстро Нейтронов захватываются нуклидами с низкой плотностью нейтронов и средними температурами.

Источник изображения: Pixabay / Источник

Другая же половина тяжелых элементов создается быстро. r процесс, для взрывов сверхновых и килоновых. Затем происходит быстрый захват множества нейтронов, за которым следует серия распадов, которые приводят к образованию стабильного элемента. Этот процесс требует высоких температур и очень плотных нейтронных потоков. Однако ученые спорят о том, где происходит r-процесс.

В 2017 году LIGO-Virgo подписали Слияние нейтронных звезд что привело к огромному взрыву, названному Килонова, вел. Тогда было подтверждено, что в этом процессе образуются тяжелые элементы. Однако есть вероятность, что r-процесс также происходит сразу после слияния нейтронной звезды с черной дырой.

Ученые подозревают, что когда нейтронная звезда разрывается на части Гравитационное поле Черная дыра выбрасывает в космос огромное количество материала, богатого нейтронами. Однако специалисты отмечают, что этим процессом должна быть черная дыра с относительно небольшой массой, которая очень быстро вращается. Слишком массивная черная дыра очень быстро станет материалом из Нейтронная звезда поглотить, и мало что останется в космосе.

Чен, Витале и Фукар первыми представили толпу тяжелые элементы по сравнению, возникающие в обоих типах r-процессов. При этом они протестировали множество моделей, согласно которым r-процесс мог работать.

Большинство симуляций показали, что за последние 2,5 миллиарда лет космос обогатился от 2 до 100 раз тяжелыми элементами в результате слияния нейтронных звезд, чем от столкновений черных дыр и нейтронных звезд. В моделях, в которых черная дыра вращалась медленно, слияние Нейтронные звезды вдвое больше тяжелых элементов, чем в результате слияния черной дыры и нейтронной звезды. С другой стороны, когда нейтронные звезды сливаются, где Черная дыра вращается медленно и имеет небольшую массу - менее 5 масс Солнца - до 100 раз больше тяжелых элементов, чем в r-процессе. Однако данные, которые у нас есть в настоящее время, склонны исключать существование таких черных дыр.

Авторы исследования уже планируют использовать данные из LIGO, Дева и новый японец Детектор КАГРА Улучшить. Все три инструмента должны быть снова готовы к использованию в следующем году. Более точные расчеты скорости образования тяжелых элементов во Вселенной будут полезны, среди прочего, для лучшего определения возраста далеких галактик.