Là sự hợp nhất sao neutron nhị phân cần thiết để giải thích sự phong phú của vàng?

Các mục của NPR News Các nhà thiên văn học tấn công vàng hấp dẫn khi va chạm sao neutron đề cập và trích dẫn " Daniel Kasen , nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học California, Berkeley:"

Ông đã dành nhiều đêm để xem dữ liệu đi vào và nói rằng các ngôi sao va chạm đã phun ra một đám mây lớn.

"Mảnh vỡ đó là thứ kỳ lạ. Đó là vàng và bạch kim, nhưng nó được trộn lẫn với thứ mà bạn gọi là chất thải phóng xạ thông thường, và có đám mây chất thải phóng xạ lớn này bắt đầu mọc lên từ địa điểm sáp nhập", Kasen nói. "Nó bắt đầu nhỏ, có kích thước bằng một thành phố nhỏ, nhưng nó di chuyển rất nhanh - một phần mười tốc độ ánh sáng - mà sau một ngày, nó là một đám mây có kích thước bằng hệ mặt trời."

Theo ước tính của ông, vụ va chạm sao neutron này tạo ra khoảng 200 khối lượng vàng nguyên chất của Trái đất và có thể là 500 khối lượng bạch kim Trái đất. "Đó là một số lượng rất lớn trên quy mô của con người," Kasen nói. Cá nhân anh ta có một chiếc nhẫn cưới bạch kim và lưu ý rằng "thật điên rồ khi nghĩ rằng những thứ này có vẻ rất xa vời và kỳ lạ thực sự tác động đến thế giới và chúng ta theo những cách thân mật."

Có phải việc sáp nhập các nhị phân sao neutron là cần thiết để giải thích sự phong phú của các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim, hay đây chỉ là một vật phẩm giai thoại? Các sao neutron nhị phân quan trọng như thế nào đối với sự phong phú của các nguyên tố nặng như vàng? Có một bài báo cụ thể hoặc đáng chú ý nào tôi có thể đọc về điều này?

Tôi đã đọc câu trả lời này nhưng tôi đang tìm kiếm một lời giải thích tốt hơn về sự cần thiết của loại hình sáp nhập này để giải thích sự phong phú. Tôi khá chắc chắn rằng không có gì trong bất kỳ sự kiện tia gamma quan sát nào cho thấy các vạch vàng hoặc bất kỳ nguyên tố nặng nào có thể nhận dạng được (do sự mở rộng doppler đáng kinh ngạc), vì vậy kết nối phải thực sự đến từ mô phỏng.

Việc tạo ra một số nguyên tố giàu neutron rất nặng, như vàng và bạch kim, đòi hỏi phải thu được neutron nhanh chóng. Điều này sẽ chỉ xảy ra trong điều kiện dày đặc, bùng nổ trong đó mật độ neutron tự do lớn. Trong một thời gian dài, các lý thuyết và địa điểm cạnh tranh cho quá trình r đã ở bên trong các siêu tân tinh sụp đổ lõi và trong quá trình sáp nhập các sao neutron.

Hiểu biết của tôi là việc các siêu tân tinh ngày càng khó sản xuất (trong các mô hình lý thuyết) đủ các yếu tố quy trình r để phù hợp với cả tỷ lệ phong phú về số lượng và chi tiết của các yếu tố quy trình r trong hệ mặt trời (ví dụ Wanajo et al. 2011 ; Arcones & Thielmann 2012 ). Các điều kiện cần thiết, đặc biệt là môi trường rất giàu neutron trong gió do neutrino điều khiển, chỉ không có mặt nếu không có sự điều chỉnh các thông số (xem bên dưới).

Thay vào đó, các mô hình gọi các vụ sáp nhập sao neutron mạnh hơn nhiều đối với các yếu tố không chắc chắn về mặt lý thuyết và sản xuất thành công các yếu tố quy trình r. Dấu hỏi dường như chỉ vượt quá tần số của chúng tại các thời điểm khác nhau trong quá trình tiến hóa của một thiên hà và chính xác có bao nhiêu vật liệu được làm giàu được đẩy ra.

Thông báo của GW170817 làm cho tất cả điều này hợp lý hơn. Một sự hợp nhất sao neutron đã được nhìn thấy. Hành vi phát xạ quang và hồng ngoại sau sự kiện này phù hợp với kỳ vọng của việc hợp nhất các mô hình sao neutron (ví dụ Pian et al. 2017 ; Tanvir et al. 2017 ). Đặc biệt lưu ý là độ mờ phát triển và mờ dần trong màu xanh và nhìn thấy được, với phổ bị chi phối bởi tia hồng ngoại với các đặc điểm phổ rộng. Đây là kỳ vọng cho một đám mây vật chất mở rộng bị ô nhiễm nặng nề bởi sự hiện diện của lanthanides và các yếu tố quá trình r khác ( Chornock et al. 2017 ). Thỏa thuận hợp lý giữa các quan sát và mô hình cho thấy rằng thực sự một lượng lớn các yếu tố quy trình r đã được tạo ra trong vụ nổ này.

Để đi từ đó đến tuyên bố rằng nguồn gốc của vàng đã được giải quyết (như tuyên bố trong cuộc họp báo) là một bước đi quá xa. Lượng vật liệu quy trình r được sản xuất có độ không đảm bảo lớn và phụ thuộc vào mô hình. Tốc độ sáp nhập chỉ bị giới hạn trong khoảng thứ tự cường độ trong vũ trụ địa phương và không được đo / biết trong vũ trụ sơ khai. Điều có thể nói là kênh này cho quá trình sản xuất r đã được quan sát trực tiếp và do đó phải được tính đến.

Mặt khác, quy trình sản xuất r của kênh siêu tân tinh vẫn chưa được loại trừ. Một số mô phỏng ít nhất, liên quan đến xoay và từ trường dường như vẫn còn "trong trò chơi" (ví dụ Nishimura et al. 2016 ). Có thể là sự hiện diện của vật liệu quá trình r đáng kể trong các ngôi sao nghèo kim loại rất cũ đòi hỏi phải có kênh siêu tân tinh, vì sự hợp nhất của các sao neutron cần một thời gian đáng kể để xảy ra (ví dụ: Cescutti et al. 2015 ; Côte et al. 2017 ) .

Bức tranh tổng thể vẫn chưa chắc chắn. Một đánh giá của Siegel (2019) kết luận rằng sự phù hợp nhất với bằng chứng sẵn có là một số loại siêu tân tinh sập lõi hiếm (được gọi là "sụp đổ") vẫn là lựa chọn tốt nhất để giải thích các yếu tố xử lý của Dải Ngân hà. Bằng chứng chính cho điều này là sự hiện diện của cải tiến Europium (một nguyên tố r-process) trong một số ngôi sao quầng rất cũ và xu hướng chung là giảm Eu / Fe khi tăng Fe, cho thấy một địa điểm sản xuất giống như nguyên tố alpha hơn cho r -Quá trình - tức là siêu tân tinh.