Sterrekunde

Is binêre neutronster-samesmeltings nodig om die oorvloed goud te verklaar?

Is binêre neutronster-samesmeltings nodig om die oorvloed goud te verklaar?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Die NPR-nuus Astronomers Strike Gravitational Gold In Colliding Neutron Stars noem en haal aan "Daniel Kasen, 'n teoretiese astrofisikus aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley: "

Hy het laat nagte gekyk hoe die data inkom en sê die botsende sterre het 'n groot wolk puin uitgespoeg.

"Die puin is vreemde dinge. Dit is goud en platinum, maar dit word gemeng met wat jy net gewone radioaktiewe afval sou noem, en daar is hierdie groot radioaktiewe afvalwolk wat net begin sampioeneer vanaf die samesmeltingsplek," sê Kasen. "Dit begin klein, ongeveer so groot soos 'n klein stad, maar dit beweeg so vinnig - 'n paar tiendes van die ligspoed - dat dit na 'n dag 'n wolk van die grootte van die sonnestelsel is."

Volgens sy beramings het hierdie neutronsterbotsing ongeveer 200 aardmassas suiwer goud en miskien 500 aardmassas platinum opgelewer. "Dit is belaglik baie op menslike skale," sê Kasen. Hy het persoonlik 'n platinum-trouring en merk op dat 'dit gek is om te dink dat hierdie dinge wat baie ver en eksoties lyk, die wêreld en ons op 'n intieme manier beïnvloed.'

Het die samesmelting van neutronsterbinaries nodig was om te verduidelik oorvloed van die swaar elemente soos goud en platinum, of is dit net 'n anekdotiese item? Hoe belangrik is binêre neutronsterre vir die oorvloed van swaar elemente soos goud? Is daar 'n spesifieke of opvallende referaat wat ek hieroor kan lees?

Ek het hierdie antwoord al gelees, maar ek is op soek na 'n beter uiteensetting van die behoefte aan hierdie soort samesmelting om oorvloed te verklaar. Ek is redelik seker daar is niks in die waargenome gammastraalgebeurtenisse wat spektrale lyne van goud of enige identifiseerbare swaar element toon nie (as gevolg van die ongelooflike doppler-verbreding), dus die verband moet eintlik uit simulasies kom.


Die skepping van 'n paar baie swaar neutronryke elemente, soos goud en platinum, vereis die vinnige opname van neutrone. Dit sal slegs in digte, plofbare toestande voorkom waar die digtheid van vrye neutrone groot is. Die mededingende teorieë en terreine vir die r-proses was lank in kern-ineenstortende supernovas en tydens die samesmelting van neutronsterre.

My begrip is dat dit vir supernovas al hoe moeiliker geword het om (in teoretiese modelle) voldoende r-proseselemente te produseer om sowel die hoeveelheid as die gedetailleerde oorvloedverhoudings van r-proseselemente in die sonnestelsel te pas (sien byvoorbeeld Wanajo et al. 2011 ; Arcones & Thielmann 2012). Die vereiste toestande, veral 'n baie neutronryke omgewing in die neutrino-aangedrewe winde, is net nie beskikbaar sonder die fyn instelling van parameters nie (sien hieronder).

In plaas daarvan is die modelle wat neutronster-samesmeltings oproep, baie meer robuust vir teoretiese onsekerhede en produseer hulle suksesvolle r-proseselemente. Dit lyk asof die vraagteken net op verskillende tye in die evolusie van 'n sterrestelsel oorskry, en presies hoeveel verrykte materiaal uitgestoot word.

Die aankondiging van GW170817 maak dit alles aanneemliker. Daar is 'n samesmelting van neutronsterre gesien. Die gedrag van die optiese en infrarooi emissie na die gebeurtenis stem ooreen met die verwagtinge van die samevoeging van neutronster modelle (bv. Pian et al. 2017; Tanvir et al. 2017). Die ontwikkeling van ondeursigtigheid en vervaag in die blou en sigbare is veral opmerklik, met die spektrum wat oorheers word deur die infrarooi met breë spektrale eienskappe. Dit is die verwagting vir 'n groeiende wolk materiaal wat sterk besoedel word deur die aanwesigheid van lanthaniede en ander r-proseselemente (Chornock et al. 2017). Die redelike ooreenstemming tussen die waarnemings en modelle dui daarop dat daar inderdaad 'n groot hoeveelheid r-proseselemente in hierdie ontploffing geproduseer is.

Om daarvandaan te gaan na die bewering dat die oorsprong van goud opgelos is (soos beweer in die perskonferensie) is 'n stap te ver. Die hoeveelheid vervaardigde r-prosesmateriaal het groot onsekerhede en is afhanklik van die model. Die koers van samesmeltings is slegs beperk tot 'n orde van grootte in die plaaslike heelal en word nie in die vroeë heelal gemeet / bekend nie. Wat wel gesê kan word, is dat hierdie kanaal vir produksie van r-proses direk waargeneem is en dat dit dus in ag geneem moet word.

Aan die ander kant is die produksie van r-prosesse deur die supernovakanaal nog nie uitgesluit nie. Sommige simulasies ten minste, wat rotasie en magnetiese velde behels, blyk nog steeds 'in die spel' te wees (bv. Nishimura et al. 2016). Dit kan wees dat die aanwesigheid van belangrike r-prosessemateriaal in baie ou metaalarm sterre 'n supernovakanaal benodig, aangesien die samesmelting van neutronsterre 'n geruime tyd neem om te plaasvind (bv. Cescutti et al. 2015; Cote et al. 2017) .

Die geheelbeeld is nog onseker. 'N Oorsig deur Siegel (2019) kom tot die gevolgtrekking dat die beste pas by die beskikbare bewyse is dat sommige seldsame soorte kernval-supernovas (bekend as' collapsars ') steeds die beste manier is om die Melkweg-r-proseselemente te verklaar. Die primêre bewys hiervoor is die teenwoordigheid van Europium ('n r-proses-element) -verbetering in sommige baie ou halo-sterre en die algemene neiging om Eu / Fe af te neem met toenemende Fe, wat dui op 'n meer alfa-elementagtige produksieterrein vir die r -proses - dws supernovas.


Wetenskaplikes verdwaas en verward deur buitengewone hoeveelheid goud in die heelal

Hulle sê as jy al die goud wat ooit in die geskiedenis van die aarde ontgin is, sou versprei, sou dit net 'n voetbalveld van 18 sentimeter dek.

As u nou om die beeld dink, lyk dit nie baie nie, veral nie as u die feit verteer dat die sonnestelsel letterlik vol goud is nie, maar wetenskaplikes kan nie mooi agterkom waar al hierdie moeilik om te maak nie. metaal word geskep.

Meer astrofisika

Die geelkleurige kosbare element word vermoedelik miljarde jare gelede hier op ons planeet neergelê deur storms van interstellêre stof en asteroïdes. Die meerderheid van hierdie goud is diep in die aardkors ontdek, en dit is die vroegste opgetekende metaal wat ooit deur mense ontgin en gebruik is, en dateer uit die gebruik daarvan in antieke Egiptiese juweliersware omstreeks 3000 v.C.

Alhoewel dit relatief skaars en moeilik is om hier op ons Big Blue Marble op te grawe, is goud blykbaar volop in die algemene heelal. Die intense alchemie wat nodig is om die glansende element te maak, met sy unieke resep van 79 protone en 118 neutrone wat saambind in 'n gewelddadige daad van kernfusie om 'n enkele atoomkern te vorm, maak die wydverspreide voorkoms daarvan 'n raaiselagtige saak.

Hierdie seldsame aksies van kosmiese transformasie kan nie die verspreiding van goud op aarde en in die hemel verklaar nie. Maar die vraag presies waar die waardevolle metaal sy oorsprong het, is dat navorsers hul kolle moet krap. Selfs 'n nuwe artikel gepubliseer op 15 September in Die Astrofisiese Tydskrif, wat die algemene hipotese insluit dat dit kom uit botsings tussen neutronsterre, kan nie die feite van die belangrikste teenwoordigheid van goud ondersteun nie.

Behalwe epiese sterre-ineenstortings en magneto-roterende supernovas wat ernstig genoeg is om 'n ster van binne te skeur, bly die bewyse van 'n ander goue bron 'n raaisel.

"Gereelde supernovas kan nie die heelal se goud verklaar nie, want sterre wat massief genoeg is om goud te smelt voordat hulle sterf - wat skaars is - word swart gate wanneer dit ontplof," het Chiaki Kobayashi, 'n astrofisikus aan die Universiteit van Hertfordshire, die Verenigde Koninkryk, gesê. hoofskrywer van die nuwe studie. "En in 'n gewone supernova word daardie goud in die swart gat gesuig."

Kobayashi en haar span het talle modelle vir hul navorsing ingesit en tot die gevolgtrekking gekom dat selfs al hierdie soorte epiese sterregebeurtenisse bymekaar getel word, nie die glinsterende goudkleur van die aarde verklaar nie.

'Daar is twee fases in hierdie vraag,' het sy verduidelik. "Nommer een is: samesmelting van neutronsterre is nie genoeg nie. Nommer twee: selfs met die tweede bron kan ons nog steeds nie die waargenome hoeveelheid goud verklaar nie."

Neutronsterbotsings spuug wel 'n storm van goud uit, maar die ontmoetings is buitengewoon skaars, en dit is hoogs onwaarskynlik dat die stapel van die verleidende metaal van ons sonnestelsel alleen uit daardie radikale ontmoeting gekom het.

"Hierdie artikel is nie die eerste wat daarop dui dat neutronsterbotsings onvoldoende is om die oorvloed goud te verklaar nie," het Ian Roederer, 'n astrofisikus aan die Universiteit van Michigan, wat spore van seldsame elemente in afgeleë sterre opspoor, aan WordsSideKick gesê.

Volgens Roederer het hierdie nuwe studie egter meer basisse oor enige onderwerp as enige ander behandel en gevorderde modellering ingespuit om 'n komplekse analise te konstrueer van hoe nuwe chemikalieë gevorm word en die sterrestelsel binnedring.

"Die referaat bevat verwysings na 341 ander publikasies, wat ongeveer drie keer soveel verwysings is as tipiese referate in Die Astrofisiese Tydskrif deesdae, "het Roederer bygevoeg." Om al die data op 'n nuttige manier saam te trek, kom neer op 'n Herkulese poging. Iets daar buite waarvan wetenskaplikes nie weet nie, moet goud maak. '


Skaars vondste

Hierdie swaar elemente bestaan ​​skaars. As u elke atoom in die heelal optel vanaf gallium (atoomgetal 31, wat die aantal protone in die kern is) tot uraan (atoomgetal 92), sal u slegs 1/2 300ste van die totale aantal ysteratome hê (atoomgetal 26). Europium (atoomgetal 63) en goud (atoomgetal 79) behoort in dieselfde kategorie.

Die swaarste elemente is skaars, want sterre maak dit skaars. Om te oorleef, moet elke ster energie opwek om nie onder sy eie gewig ineen te stort nie. Hierdie energie is afkomstig van kernversmeltingsreaksies wat deur intense hitte en druk begin word. Die reaksies begin as waterstof saamsmelt om helium te vorm, wat later in swaarder elemente, soos koolstof en suurstof, omskep word. Maar hierdie reaksies lewer slegs energie op tot yster. Yster is 'n kern doodloopstraat, want dit is die mees stabiele element: Om dit te smelt om swaarder te skep, verg eintlik energie, wat beteken dat sterre dit normaalweg nie maak nie.

Elemente wat effens swaarder is as yster, soos koper en sink, kan in die warboel van 'n supernova-ontploffing gesmee word. Maar wat van nog swaarder elemente? In die vyftigerjare het sterrekundiges en fisici twee prosesse geïdentifiseer as die bron van hierdie elemente (1, 2). Die een, wat die s-proses genoem word ('s' vir stadig), behels kernreaksies teen die einde van 'n ster se lewe wat neutrone vrystel. Anders as protone, kan neutrone in die positief gelaaide kern van 'n atoom vaar sonder om afgestoot te word. As gevolg hiervan vang die ysterkerne wat die ster tydens geboorte geërf het, soms hierdie neutrone op, omdat die neutronvloei laag is, en die nuutgevormde atoomkerne genoeg tyd het om te verval as hulle radioaktief is. Tydens hierdie proses kan neutrone in die nuutgevormde kerne in protone verander en sodoende elemente met groter atoomgetalle skep. Sterrekundiges het al lank s-proses-elemente soos technetium op die oppervlaktes van die verouderende sterre waargeneem.

Maar die s-proses het nie alles verklaar nie. In die besonder word die meeste goud, silwer en platinum, sowel as alle torium en uraan, gesintetiseer wanneer 'n vinnige stroom neutrone ysterkerne bombardeer. Nuwe neutrone versamel in kerne voordat die vroeër gevang kan verval, wat tot nog swaarder elemente lei. Dit is die r-proses, soos in 'vinnig'. Dit kom in kernbomme voor, en daarom het sterrekundiges dekades lank gedink dat supernova-ontploffings die r-proses gedryf het en die goud en platinum van die heelal uitgemaak het. Terwyl 'n ster wat verouder, miljoene jare kan spandeer om s-proses-elemente uit te kap, stamp 'n supernova neutrone in ysterkerne en smee r-prosesmateriaal binne enkele sekondes.

Die vinnigheid van die proses beteken egter dat dit baie moeiliker is om die r-proses te bestudeer as die s-proses. Tot onlangs toe het niemand nog ooit gesien dat die r-proses in die ruimte werk nie, en niemand het nog ooit gesien hoe 'n supernova r-proses-elemente skep nie.

Om die r-proses te bestudeer, fokus sterrekundiges al lank op europium. Anders as goud, waarvan die spektrale lyne in die ultraviolette streek van die elektromagnetiese spektrum lê en deur die Aarde se atmosfeer geblokkeer word, verskyn die spektrumlyne van europium in die sigbare deel van die spektrum. Die groot europium-oorvloed wat Ji in die sterrestelsel Reticulum II gevind het, het 'n belangrike leidraad vir die r-proses (3): "Wat ook al hierdie r-proses-element geproduseer word, is baie skaars," sê Ji. In die besonder moet dit baie skaarser wees as 'n gewone supernova.

Hierdie gevolgtrekking volg uit die aard van Reticulum II. Dit is 'n ultra-dowwe dwergstelsel, met net 'n paar tienduisende sterre, en dit is so flou dat sterrekundiges dit slegs 'n paar jaar gelede raakgesien het - al is dit in ons agterplaas, net 100 000 ligjaar van die aarde af. Die nege sterre wat Ji waargeneem het, het die geskiedenis vertel van die talle supernovas wat in die sterrestelsel voorgekom het. Twee sterre is uiters ysterarm, omdat hulle die vroegste gevorm het, nadat slegs 'n paar sterre ontplof het om die yster te voorsien. Hierdie twee ysterarm sterre het ook nie europium nie. Toe het addisionele supernova-ontploffings plaasgevind wat die ystervlak in die sterrestelsel en in sterre wat later gevorm het, verhoog het. Iewers onderweg het 'n seldsame gebeurtenis in die proses die europa oorstroom. Die sewe europiumryke sterre wat Ji waargeneem het, het gevorm uit hierdie materiaal, wat ook hoër ystervlakke gehad het. Wat ook al die r-proses aangedryf het, was baie skaarser as 'n tipiese supernova - so skaars dat dit net een keer in Reticulum II gebeur het en glad nie in die voorheen bestudeerde ultra-dowwe dwergstelsels nie.

Die seldsame gebeurtenis tydens die proses kan 'n eksotiese supernova wees. Maar Ji en sy kollegas was voorstanders van 'n ander idee, een wat 'n ander nagraadse student vier dekades vroeër ondersoek het.


Ver weg maar oral

Voor 2017, toe LIGO sy eerste samesmelting van neutronsterre vasgelê het, kom alles wat ons van neutronsterre geweet het, uit waarnemings van relatief nabygeleë monsters in ons eie Melkwegstelsel. (Van die 2 500 of so bekende neutronsterre bestaan ​​18 saam in wentelende pare wat bekend staan ​​as binêre neutronsterre.) GW190425 is daarenteen byna 5 000 melkpaaie weg.

Die eerste vreemde ding daaraan is die massa: die nuwe stelsel het 'n totale massa van ongeveer 3,4 sons. Alle voorheen bekende voorbeelde van binêre neutronsterre het iewers ongeveer 2,6 sonde geweeg. LIGO se eerste binêre neutronsterpaar het reg in hierdie laer reeks geval.

Maar die hoë gekombineerde massa is net die eerste van die samesmelting se raaisels. Nog verbysterender is die afgeleide oorvloed van groot neutronsterre: op grond van die onlangse waarneming skat LIGO-wetenskaplikes dat hierdie swaar parings amper net so algemeen moet wees as die ligter binêre sterstelsels wat sterrekundiges al dekades lank bestudeer. Groot neutronsterpare moet regoor die heelal wees, insluitend ons eie Melkweg. Waarom is hulle dan nog nooit voorheen raakgesien nie?

Een moontlikheid is dat hierdie samesmeltings moeilik is om op te spoor omdat dit so vinnig gebeur.

Met 'n teleskoop wat net die lig kan sien - dit wil sê alle teleskope totdat LIGO gekom het - moet u op die regte tyd op die regte plek soek. 'N Kort flits van 'n massiewe neutronsterpaar kan ongesiens verbygaan. "As 'n soort binêre baie vinnig saamsmelt, is dit statisties baie onwaarskynlik dat u een kan vang soos dit gebeur," het Salvatore Vitale, 'n astrofisikus aan die Massachusetts Institute of Technology, wat deel is van die LIGO-samewerking, gesê.

LIGO verander die calculus. Dit is 'n omnidireksionele swaartekrag-detektor wat die hele lug monitor. Vitale en die res van die span glo dat hulle iets teëgekom het wat prakties onsigbaar was voor die koms van swaartekraggolf-sterrekunde.

Die belangriker probleem met hierdie verborge hoeveelheid gigantiese neutronsterre is egter dat ons nie kan verklaar waarom daar soveel van hulle moet wees nie.

Om mee te begin, as daar soveel massiewe neutronsterpare is as wat daar ligter is, moet ons verwag om net soveel swaar sterre (wat dit skep) te vind soos ligter sterre. Maar dit is nie die geval nie: Sterrekundiges skat dat minder as 10% van alle sterre groot genoeg is om sulke massiewe neutronsterre te maak. "Ons het verwarrende bewyse wat van verskillende metodes kom," het hy gesê Ramirez-Ruiz.

Dit is nie waar die raaisel eindig nie. Die beste bestaande rekenaarsimulasies van sterre-evolusie kan eenvoudig nie die geskatte hoeveelheid van hierdie buitengewone stewige pare verreken nie.

Wetenskaplikes gebruik dikwels rekenaarsimulasies om ingewikkelde prosesse oor lang tydperke te modelleer. In hierdie geval het die outeurs die lewenssiklus van kompakte sterrevoorwerpe oor miljarde jare gemodelleer. 'Jy sit 'n klomp sterre in en vertel die kode hoe die sterre ontplof,' het Vitale gesê. Dan 'laat u dit 'n paar miljoen of miljard jaar loop en sien u wat die uitslag is.'

Om 'n getroue simulasie van die heelal te bied, neem die kode rekening met die effekte van relatiwiteit, magnetisme, swaartekragstraling en nog baie meer. Dit maak ook aannames oor besonderhede wat nie heeltemal verstaan ​​word nie, soos die hoeveelheid gas wat in 'n ster terugval na 'n supernova-ontploffing teenoor hoeveel verlore gaan in die ruimte. Hierdie aannames gee navorsers 'n wye verskeidenheid moontlike insette wat hulle in die kode kan inprop, terwyl hulle steeds binne die perke van fisiese geloofwaardigheid bly.

Dit maak nie saak watter insette hulle by die simulasie ingeprop het nie, die span kon nie naastenby die aantal swaar neutronsterpare lewer wat LIGO voorspel het nie. 'As dit 'n binêre neutronster is, het dit baie vrae,' het Mohammad Safarzadeh, 'n astrofisikus by Santa Cruz, wat die navorsing gelei het, gesê. Soos hy en sy kollegas in hul koerant geskryf het, vra so 'n hoë samesmelting 'n 'radikale verandering in ons begrip van supernova-ontploffing'.

Navorsers waarsku egter dat supernovasimulasies berug kompleks en moeilik is. Volgens Safarzadeh is die modelle waarmee hulle aangedryf word, 'uiters benaderd', en om baie benaderd te sê, is nog steeds baie mooi. ' Vitale stem saam: 'Dit is 'n baie, baie moeilike probleem om na te boots.' Nogtans is so 'n ernstige verskil tussen teorie en bewyse kommerwekkend. "Dit is 'n oproep tot aksie," het Ramirez-Ruiz gesê, een wat wetenskaplikes aanspoor om te heroorweeg hoe hierdie sterre vorm.

Baie aspekte van evolusie van binêre sterre word sleg verstaan, insluitend hoe die sterre massa uitruil en naby genoeg kom om saam te smelt. "Ons weet baie oor stervorming en evolusie, maar baie fisika wat verband hou met die vervaardiging van kompakte binaries word nog steeds baie sleg verstaan," het Ben Farr, 'n fisikus aan die Universiteit van Oregon en 'n lid van die LIGO-samewerking, gesê.

As gevolg hiervan is baie aannames in die modelle agter die rekenaarsimulasies ingebou. Wat meer is, alle bestaande modelle is gebou op waarnemings van pulse in die melkweg. "Ons het 'n populasie pulserende sterre wat ons sien, en al die binêre populasiemodelle is daarop gemik om die populasie te verklaar," het hy gesê. Ramirez-Ruiz. 'LIGO sê ewe skielik dat die populasie nie verteenwoordigend is van die populasie dubbele neutronsterre nie. Ons moet dus weer besin oor die paradigma van vergadering en hoe hierdie dinge gemaak word. ”

Die bevindinge van die koerant is dus besig om astrofisici te druk om weer te ondersoek wat hulle gedink het hulle van neutronsterre weet. 'Ons moet teruggaan na die tekenbord,' het Ramirez-Ruiz gesê, 'wat vir my baie opwindend is.'


Verrassingselemente: Neutronsterre dra min by, maar iets maak goud

Neutronesterbotsings skep nie die hoeveelheid chemiese elemente wat voorheen aanvaar is nie, wat 'n nuwe ontleding van sterrestelsel-evolusie bevind.

Die navorsing toon ook dat huidige modelle nie die hoeveelheid goud in die kosmos kan verklaar nie, wat 'n astronomiese raaisel skep.

Die werk het 'n periodieke tabel met 'n nuwe voorkoms opgelewer wat die oorsprong van natuurlike elemente van koolstof tot uraan toon.

Al die waterstof in die heelal - insluitend elke molekule daarvan op aarde - is geskep deur die oerknal, wat ook baie helium en litium geproduseer het, maar nie veel anders nie.

Die res van die natuurlike elemente word gemaak deur verskillende kernprosesse wat in sterre plaasvind. Massa bepaal presies watter elemente gesmee word, maar hulle word almal vrygestel in sterrestelsels op die laaste oomblikke van elke ster - eksplosief in die geval van groot grotes, of as digte uitvloei, soortgelyk aan sonwind, vir mense in dieselfde klas as die son. .

"Ons kan aan sterre dink as reuse-drukkoker waar nuwe elemente geskep word," het mede-outeur, mede-professor Karakas, van die Australiese ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) verduidelik.

"Die reaksies wat hierdie elemente maak, verskaf ook die energie wat sterre vir miljarde jare helder laat skyn. Soos sterre ouer word, produseer hulle swaarder en swaarder elemente namate hul binnekant verhit."

Die helfte van al die elemente wat swaarder as yster is - soos torium en uraan - is vermoedelik gemaak toe neutronsterre, die superdigte oorblyfsels van uitgebrande sonne, op mekaar neergestort het. Lang teoretiese, neutronsterbotsings is eers in 2017 bevestig.

Die nuutse ontleding deur Karakas en mede-sterrekundiges Chiaki Kobayashi en Maria Lugaro toon egter dat die rol van neutronsterre moontlik aansienlik oorskat is - en dat 'n ander sterproses heeltemal verantwoordelik is vir die vervaardiging van die swaar elemente.

"Samesmeltings van neutronsterre het in die vroeë lewe van die Heelal nie genoeg swaar elemente opgelewer nie, en dit is nog nie 14 miljard jaar later nie," het Karakas gesê.

"Die heelal het hulle nie vinnig genoeg gemaak om hul teenwoordigheid in baie antieke sterre te verklaar nie, en oor die algemeen is daar eenvoudig nie genoeg botsings om die oorvloed van hierdie elemente vandag te verklaar nie."

In plaas daarvan het die navorsers gevind dat swaar elemente deur 'n heel ander soort verskynsel moes geskep word - ongewone supernovas wat ineenstort terwyl hulle baie vinnig draai en sterk magnetiese velde genereer.

Die bevinding is een van verskeie wat na vore kom uit hul navorsing, wat pas in die Astrofisiese joernaal. Hulle studie is die eerste keer dat die oorsprong van sterre van alle natuurlike elemente van koolstof tot uraan uit die eerste beginsels bereken word.

Die nuwe modellering, volgens die navorsers, sal die huidige aanvaarde model van die ontwikkeling van die heelal wesenlik verander. "Ons het byvoorbeeld hierdie nuwe model gebou om alle elemente tegelykertyd te verklaar en genoeg silwer, maar nie genoeg goud nie, gevind", het mede-outeur, mede-professor Kobayashi, van die Universiteit van Hertfordshire in die Verenigde Koninkryk gesê.

"Silwer word te veel geproduseer, maar goud word in die model onderproduseer in vergelyking met waarnemings. Dit beteken dat ons dalk 'n nuwe tipe sterontploffing of kernreaksie moet identifiseer."

Die studie verfyn vorige studies wat die relatiewe rolle van stermassa, ouderdom en rangskikking in die produksie van elemente bereken.

Die navorsers het byvoorbeeld vasgestel dat sterre kleiner as ongeveer agt keer die massa van die son koolstof, stikstof en fluoor produseer, sowel as die helfte van al die elemente wat swaarder is as yster.

Massiewe sterre van ongeveer agt keer die son se massa wat aan die einde van hul lewens ook as supernovas ontplof, produseer baie van die elemente van koolstof tot yster, insluitend die meeste suurstof en kalsium wat nodig is vir die lewe.

"Afgesien van waterstof, is daar geen enkele element wat slegs deur een soort ster gevorm kan word nie," het Kobayashi verduidelik.

'Die helfte van koolstof word vervaardig deur sterwende sterre met lae massa, maar die ander helfte kom van supernovas.

"En die helfte van die yster is afkomstig van normale supernovas van massiewe sterre, maar die ander helfte benodig 'n ander vorm, bekend as Type Ia-supernovas. Dit word vervaardig in binêre stelsels van sterre met lae massa."

Pare massiewe sterre wat deur swaartekrag gebind is, kan daarenteen in neutronsterre verander. As dit inmekaar slaan, lewer die impak 'n paar van die swaarste elemente wat in die natuur voorkom, insluitend goud.

By die nuwe modellering tel die getalle egter eenvoudig nie.

"Selfs die mees optimistiese beramings van die botsingsfrekwensie van neutronsterre kan eenvoudig nie die groot hoeveelheid van hierdie elemente in die heelal verreken nie," het Karakas gesê. "Dit was 'n verrassing. Dit lyk asof draaiende supernovas met sterk magnetiese velde die ware bron van die meeste van hierdie elemente is."

Mede-outeur dr Maria Lugaro, wat posisies beklee by die Konkoly-sterrewag in Hongarye en die Monash-universiteit in Australië, meen die raaisel van die ontbrekende goud kan binnekort opgelos word.

"Nuwe ontdekkings is te verwagte van kernfasiliteite regoor die wêreld, waaronder Europa, die VSA en Japan, wat tans op skaars kerne gerig is wat verband hou met samesmelting van neutronsterre," het sy gesê.

"Die eienskappe van hierdie kerne is onbekend, maar dit beheer die produksie van die oorvloed van swaar elemente. Die astrofisiese probleem van die ontbrekende goud kan inderdaad opgelos word deur 'n kernfisika-eksperiment."

Die navorsers gee toe dat toekomstige navorsing moontlik sal vind dat botsings met neutronsterre meer gereeld is as wat die bewyse tot dusver voorstel, in welke geval hul bydrae tot die elemente waaruit alles bestaan, van die skerms tot die brandstof vir kernreaktore, weer opwaarts hersien kan word.

Vir die oomblik lyk dit egter asof hulle baie minder geld vir hul knallen lewer.


Daar is te veel goud in die heelal. Niemand weet waar dit vandaan kom nie.

Iets stort goud oor die heelal. Maar niemand weet wat dit is nie.

Iets reën goud oor die heelal. Maar niemand weet wat dit is nie.

Hier is die probleem: goud is 'n element, wat beteken dat jy dit nie deur gewone kan maak nie chemiese reaksies - tog alkemiste eeue lank probeer. Om die vonkelende metaal te vervaardig, moet u 79 protone en 118 neutrone saambind om 'n enkele vorm te vorm atoomkern. Dit is 'n intense kernkrag samesmelting reaksie. Maar so 'n intense samesmelting gebeur nie gereeld genoeg nie, ten minste nie in die omgewing nie, om die reuse goud van ons te maak Aarde en elders in die sonnestelsel. En 'n nuwe studie het bevind dat die oorsprong van goud die algemeenste teorieë is - botsings tussen neutronsterre - kan ook nie die oorvloed van goud verklaar nie. Waar kom die goud dan vandaan? Daar is 'n paar ander moontlikhede, waaronder supernovas wat so intens is dat dit 'n ster van binne word. Ongelukkig kan selfs sulke vreemde verskynsels nie verklaar hoe verblind die plaaslike heelal is nie, bevind die nuwe studie.

Neutronsterbotsings bou goud op deur protone en neutrone kortliks in atoomkerne te verpletter en dan die nuutgebonde swaar kerne deur die ruimte te spuit. Gereelde supernovas kan nie die heelal se goud verklaar nie omdat sterre massief genoeg is om goud te versmelt voordat hulle sterf & # 8212 wat skaars is en # 8212 swart gate word as hulle ontplof, het Chiaki Kobayashi, 'n astrofisikus aan die Universiteit van Hertfordshire, gesê. Verenigde Koninkryk en hoofskrywer van die nuwe studie. En in 'n gewone supernova word daardie goud in die swart gat gesuig.

So, wat van daardie reukagtige, sterrevliegende supernovas? Hierdie soort sterontploffing, 'n sogenaamde magneto-roterende supernova, is 'n baie seldsame supernova wat baie vinnig draai, en Kobayashi het aan WordsSideKick gesê.

Tydens 'n magneto-roterende supernova draai 'n sterwende ster so vinnig en word hy deur sulke sterk magnetiese velde omvergewerp dat dit van binne af draai as hy ontplof. Terwyl dit sterf, skiet die ster witwarm strale materie die ruimte in. En omdat die ster van binne af gedraai is, is sy strale propvol goue kerne. Sterre wat hoegenaamd goud versmelt, is skaars. Sterre wat goud smelt, spoeg dit dan so in die ruimte is nog skaarser.

Maar selfs neutronsterre plus magneto-roterende supernovas saam kan die aarde en die bonanza van goud nie verklaar nie, het Kobayashi en haar kollegas bevind.

& # 8220Daar is twee fases in hierdie vraag, & # 8221 het sy gesê. & # 8220Nommer een is: samesmeltings van neutronsterre is nie genoeg nie. Nommer twee: selfs met die tweede bron, kan ons nog nie die waargenome hoeveelheid goud verklaar nie. & # 8221

Vorige studies was reg dat botsings van neutronsterreën 'n stortvloed goud vrystel, het sy gesê. Maar die studies het nie die skaarsheid van die botsings verklaar nie. Dit is moeilik om presies te skat hoe gereeld klein neutronsterre - self die ultra-digte oorblyfsels van antieke supernovas - aanmekaar slaan. Maar dit is beslis nie baie algemeen nie: wetenskaplikes het dit net een keer gesien gebeur. Selfs rowwe beramings toon dat hulle nie naastenby gereeld genoeg bots om al die goud wat in die sonnestelsel gevind is, te produseer nie, het Kobayashi en haar medeskrywers bevind.

& # 8220Daar is twee fases in hierdie vraag, & # 8221 het sy gesê. & # 8220Nommer een is: samesmeltings van neutronsterre is nie genoeg nie. Nommer twee: selfs met die tweede bron, kan ons nog nie die waargenome hoeveelheid goud verklaar nie. & # 8221

Vorige studies was reg dat botsings van neutronsterreën 'n stortvloed goud vrystel, het sy gesê. Maar die studies het nie die skaarsheid van die botsings verklaar nie. Dit is moeilik om presies te skat hoe gereeld klein neutronsterre - self die ultra-digte oorblyfsels van antieke supernovas - aanmekaar slaan. Maar dit is beslis nie baie algemeen nie: wetenskaplikes het dit net een keer gesien gebeur. Selfs rowwe beramings toon dat hulle nie byna gereeld genoeg bots om al die goud wat in die sonnestelsel gevind is, te produseer nie, het Kobayashi en haar medeskrywers bevind.

& # 8220Hierdie artikel is nie die eerste wat daarop dui dat neutronsterbotsings onvoldoende is om die oorvloed goud te verklaar nie, & # 8221 het Ian Roederer, 'n astrofisikus aan die Universiteit van Michigan, gesê wat jag op spore van seldsame elemente in verre sterre.

Maar Kobayashi en haar kollegas en 'n nuwe artikel, gepubliseer op 15 September in Die Astrofisiese Tydskrif, het een groot voordeel: dit is baie deeglik, het Roederer gesê. Die navorsers het 'n berg data gegooi en dit ingeprop in robuuste modelle van hoe die sterrestelsel ontwikkel en nuwe chemikalieë vervaardig.

& # 8220 Die referaat bevat verwysings na 341 ander publikasies, wat deesdae ongeveer drie keer soveel verwysings is as tipiese referate in The Astrophysical Journal, & rdquo; Roederer het aan WordsSideKick gesê.

Om al die data op 'n nuttige manier saam te trek, kom hy neer op 'n & # 8220Herculean poging. & # 8221

Met behulp van hierdie benadering kon die outeurs die vorming van atome so lig soos verklaar koolstof-12 (ses protone en ses neutrone) en so swaar soos uraan-238 (92 protone en 146 neutrone). Dit is 'n indrukwekkende reeks, het Roederer gesê oor die elemente wat gewoonlik in hierdie tipe studies geïgnoreer word.

Die wiskunde het meestal uitgewerk.

Neutronesterbotsings het byvoorbeeld strontium in hul model opgelewer. Dit pas waarnemings van strontium in die ruimte nadat die een neutronsterbotsing wetenskaplikes waargeneem het.

Magnetorotasie-supernovas het die teenwoordigheid van europium in hul model, 'n ander atoom wat in die verlede moeilik was om te verklaar.

Maar goud bly 'n raaisel.

Something out there that scientists don’t know about must be making gold, Kobayashi said. Or it’s possible neutron star collisions make way more gold than existing models suggest. In either case, astrophysicists still have a lot of work to do before they can explain where all that fancy bling came from.


Elements of surprise: neutron stars contribute little, but something's making gold, research finds

Colliding neutron stars were touted as the main source of some of the heaviest elements in the Periodic Table. Now, not so much .

ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3D (ASTRO 3D)

IMAGE: The Periodic Table, showing naturally occurring elements up to uranium. Shading indicates stellar origin. view more

Credit: Content: Chiaki Kobayashi et al Artwork: Sahm Keily

Neutron star collisions do not create the quantity of chemical elements previously assumed, a new analysis of galaxy evolution finds.

The research also reveals that current models can't explain the amount of gold in the cosmos - creating an astronomical mystery.

The work has produced a new-look Periodic Table, showing the stellar origins of naturally occurring elements from carbon to uranium.

All the hydrogen in the Universe - including every molecule of it on Earth - was created by the Big Bang, which also produced a lot of helium and lithium, but not much else.

The rest of the naturally occurring elements are made by different nuclear processes happening inside stars. Mass governs exactly which elements are forged, but they are all released into galaxies in each star's final moments - explosively in the case of really big ones, or as dense outflows, similar to solar wind, for ones in the same class as the Sun.

"We can think of stars as giant pressure cookers where new elements are created," explained co-author Associate Professor Karakas, from Australia's ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D).

"The reactions that make these elements also provide the energy that keeps stars shining bright for billions of years. As stars age, they produce heavier and heavier elements as their insides heat up."

Half of all the elements that are heavier than iron - such as thorium and uranium - were thought to be made when neutron stars, the superdense remains of burnt-out suns, crashed into one another. Long theorised, neutron star collisions were not confirmed until 2017.

Now, however, fresh analysis by Karakas and fellow astronomers Chiaki Kobayashi and Maria Lugaro reveals that the role of neutron stars may have been considerably overestimated - and that another stellar process altogether is responsible for making most of the heavy elements.

"Neutron star mergers did not produce enough heavy elements in the early life of the Universe, and they still don't now, 14 billion years later," said Karakas.

"The Universe didn't make them fast enough to account for their presence in very ancient stars, and, overall, there are simply not enough collisions going on to account for the abundance of these elements around today."

Instead, the researchers found that heavy elements needed to be created by an entirely different sort of stellar phenomenon - unusual supernovae that collapse while spinning very fast and generating strong magnetic fields.

The finding is one of several to emerge from their research, which has just been published in the Astrofisiese joernaal. Their study is the first time that the stellar origins of all naturally occurring elements from carbon to uranium have been calculated from first principles.

The new modelling, the researchers say, will substantially change the presently accepted model of how the universe evolved. "For example, we built this new model to explain all elements at once, and found enough silver but not enough gold," said co-author Associate Professor Kobayashi, from the University of Hertfordshire in the UK.

"Silver is over-produced but gold is under-produced in the model compared with observations. This means that we might need to identify a new type of stellar explosion or nuclear reaction."

The study refines previous studies that calculate the relative roles of star mass, age and arrangement in the production of elements.

For instance, the researchers established that stars smaller than about eight times the mass of the Sun produce carbon, nitrogen, and fluorine, as well as half of all the elements heavier than iron.

Massive stars over about eight times the Sun's mass that also explode as supernovae at the end of their lives, produce many of the elements from carbon through to iron, including most of the oxygen and calcium needed for life.

"Apart from hydrogen, there is no single element that can be formed only by one type of star," explained Kobayashi.

"Half of carbon is produced from dying low-mass stars, but the other half comes from supernovae.

"And half the iron comes from normal supernovae of massive stars, but the other half needs another form, known as Type Ia supernovae. These are produced in binary systems of low mass stars."

Pairs of massive stars bound by gravity, in contrast, can transform into neutron stars. When these smash into each other, the impact produces some of the heaviest elements found in nature, including gold.

On the new modelling, however, the numbers simply don't add up.

"Even the most optimistic estimates of neutron star collision frequency simply can't account for the sheer abundance of these elements in the Universe," said Karakas. "This was a surprise. It looks like spinning supernovae with strong magnetic fields are the real source of most of these elements."

Co-author Dr Maria Lugaro, who holds positions at Hungary's Konkoly Observatory and Australia's Monash University, thinks the mystery of the missing gold may be solved quite soon.

"New discoveries are to be expected from nuclear facilities around the world, including Europe, the USA and Japan, currently targeting rare nuclei associated with neutron star mergers," she said.

"The properties of these nuclei are unknown, but they heavily control the production of the heavy element abundances. The astrophysical problem of the missing gold may indeed be solved by a nuclear physics experiment."

The researchers concede that future research might find that neutron star collisions are more frequent than the evidence so far suggests, in which case their contribution to the elements that make up everything from mobile phone screens to the fuel for nuclear reactors might be revised upwards again.

For the moment, however, they appear to deliver much less buck for their bangs.

Disclaimer: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy of news releases posted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through the EurekAlert system.


How big is a neutron star?

The first-principles description used by the researchers predicts an entire family of possible equations of state for neutron stars, which are directly derived from nuclear physics. From this family, the authors selected those members that are most likely to explain different astrophysical observations they picked models

  • which agree with gravitational-wave observations of GW170817 from public LIGO and Virgo data,
  • which produce a short-lived hyper-massive neutron star as result of the merger, and
  • which agree with known constraints on the maximum neutron star mass from electromagnetic counterpart observations of GW170817.

This not only allowed the researchers to derive robust information on dense-matter physics, but also to obtain the most stringent limits on the size of neutron stars to date.


Antwoorde en antwoorde

Their simulation has a number of assumptions.

there are issues difficult to understand and explain in both sources.

It is claimed that Neutron Star Mergers (NSM) are not the main source of r-process elements because of timing: there are r-process abundance pattern in metal-poor stars in the galactic halo, which are up to 12Gyears old. That means that there was a heavy element source already working between the Big Bang and the moment of formation of those stars. In principle, stars would need more than that to evolve to a neutron star and then collide. The other problem with NSM is the ejection mechanisms: it is not clear that the amount of ejected material is enough to explain everything.

On the other hand, supernova and core-collapse supernova may not reach the conditions to form heavy nuclei by neutron capture (ie, there are not enough neutrons). The current treatment of neutrino in simulations is very simplistic. These neutrinos decrease the neutron density (which is much lower than in NSM) and prevents the formation of the heaviest elements. Only under extreme conditions of high rotation speed and very intense magnetic fields (up to 1e10 - 1e12 T) in very massive stars it is possible to achieve a full r-process in a simulation. The problem here is the number of observations which support the existence of such massive stars.

As far as I know, all of these just rely on simulations.

These are astrophysical sites where r-process may take place. But there are other processes which can synthesize heavy elements, like p-process or s-process. The problem with s-process is that we can not measure at laboratory the reaction rates (the probability of capturing a neutron) for energies which are found in stars. So, one has to invent a model and extrapolate. so, this may be another uncertainty source, which is usually disregarded.

In addition, Galactic Chemical Evolution (GCE) models rely on theoretical/simulated yields which introduce a huge uncertainty, and GCE conclusions may be misleading.


Are binary neutron star mergers needed to explain the abundance of gold? - Sterrekunde

Something is raining Go About the universe. But nobody knows what it is.

Here’s the problem: Gold is partWhich means you can’t get over the ordinary chimical interaction – anyway Chemists He tried for centuries. To make the lustrous metal, you need to link 79 protons and 118 neutrons together to form one Atomic nucleus. This is an intense nuclear one fusion reaction. But this intense fusion doesn’t happen as frequently, at least not nearby, to make the giant set of gold that we find. Land And elsewhere in Solar System. And a new study finds that the most common origin of gold – collisions between neutron stars – can’t explain gold’s abundance either. So where does gold come from? There are some other possibilities, including severe supernovae, which render the star from the inside out. Unfortunately, even these strange phenomena cannot explain the extent of the local universe, as the new study found.

Neutron star collisions collide with gold by briefly smashing protons and neutrons together into atomic nuclei, then ejecting those heavy, newly bonded nuclei through space. Chiaki Kobayashi, an astrophysicist at the University of Hertfordshire in the United Kingdom, said that ordinary supernovae stars cannot explain the gold in the universe because stars massive enough to melt gold before they die – which are rare – turn into black holes when they explode. Author of the new study. In a normal supernova, this gold is absorbed into the black hole.

So what about those supernovae that flip stars? Kobayashi told Live Science that this type of stellar explosion, the so-called magnetic rotating supernova, is “a very rare supernova, orbiting very quickly.”

During the occurrence of a rotating magnetic supernova, the dying star rotates so rapidly and is fractured with such strong magnetic fields that it flips from the inside out during its explosion. While dying, the star releases jets of extremely hot matter into space. And because the star has turned inside out, its jets are filled with gold cores. Stars that melt gold are absolutely rare. Stars that incorporate gold and then throw it into space like these are rare.

Kobayashi and her colleagues found that even neutron stars as well as spinning magnetic supernovae together cannot explain Earth’s gold wealth.

“There are two stages to this question,” she said. “Number one: neutron star mergers are not enough. Second, even with the second source, we are still unable to explain the amount of gold observed.”

She said previous studies were correct that neutron star collisions unleash a hail of gold. But these studies did not take into account the rarity of these collisions. It’s hard to estimate how many times small neutron stars – the same super-dense remnants of ancient supernovae – collided together. But it certainly isn’t very common: Scientists have only seen it happen once. Even rough estimates show it doesn’t collide often enough to produce all of the gold found in the solar system, Kobayashi and her co-authors found.

“There are two stages to this question,” she said. “Number one: neutron star mergers are not enough. Second, even with the second source, we are still unable to explain the amount of gold observed.”

She said previous studies were correct that neutron star collisions unleash a hail of gold. But these studies did not take into account the rarity of these collisions. It’s hard to estimate how many times small neutron stars – the same super-dense remnants of ancient supernovae – collided together. But it certainly isn’t very common: Scientists have only seen it happen once. Even rough estimates show it doesn’t collide often enough to produce all of the gold found in the solar system, Kobayashi and her co-authors found.

“This paper is not the first to suggest that the collision of neutron stars is insufficient to explain the abundance of gold,” said Ian Roederer, an astrophysicist at the University of Michigan who is hunting for traces of rare elements in distant stars.

But Kobayashi and colleagues’ new paper, published Sept.15 The Astrophysical JournalIt has one big advantage: It’s very comprehensive, Roederer said. The researchers poured on a mountain of data and put it into powerful models of how the galaxy evolved and produced new chemicals.

“The paper contains references to 341 other publications, which is three times the typical review in The Astrophysical Journal these days,” Roderer told Live Science.

Gathering all that data together in a meaningful way amounts to a “breakthrough effort”, he said.

Using this approach, the authors were able to explain the formation of atoms like light carbon-12 (six protons and six neutrons) and heavy like Uranium-238 (92 protons and 146 neutrons). This is an impressive range, Roderer said, covering elements that are often overlooked in these types of studies.

Mostly, the mathematics succeeds.

Neutron star collisions, for example, produced strontium in their model. Match Observations of strontium in space After colliding with one neutron star, scientists observed it directly.

Rotating magnetic supernovae explain existence Europium In their model, another atom that has proven difficult to explain in the past.

But gold remains a mystery.

Kobayashi said that something scientists don’t know must be making gold. Or it is possible that more neutron stars collide with gold than current models suggest. Either way, astrophysicists still have to do a lot of work before they can explain the source of all that grandiose glamor.