Le collisioni di stelle di neutroni arricchiscono l'universo più della fusione dei buchi neri con le stelle

Scienziato del CONDa LIGO e l'Università del New Hampshire ha calcolato la quantità di elementi pesanti prodotti quando i buchi neri si fondono con le stelle di neutroni e ha confrontato i loro dati con la quantità di elementi pesanti prodotti quando le stelle di neutroni si fondono. Hsin-Yu Chen, Salvatore Vitale e Francois Foucart hanno utilizzato sistemi di simulazione avanzati e dati provenienti da Osservatori di onde gravitazionali LIGO-Virgo.

Attualmente, gli astrofisici non comprendono appieno come si formino nell'universo elementi più pesanti del ferro. Si ritiene che si presentino in due modi. Circa la metà di questi elementi si forma durante il processo s in stelle di piccola massa (0,5-10 masse solari) nelle fasi finali della loro vita. Sono quindi giganti rosse. si svolge nucleosintesi invece di quando veloce Neutroni essere catturato da nuclidi con bassa densità di neutroni e temperature medie.

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L'altra metà degli elementi pesanti, invece, si crea velocemente r processo, per supernovae ed esplosioni di kilonova. Poi c'è una rapida cattura di molti neutroni, seguita da una serie di decadimenti che portano alla formazione di un elemento stabile. Questo processo richiede temperature elevate e flussi di neutroni molto densi. Tuttavia, gli scienziati discutono su dove avviene il processo r.

Nel 2017 LIGO-Virgo ha firmato un Fusione di stelle di neutroni portando a una grande esplosione, chiamata a kilonova, guidato. A quel tempo, è stato confermato che in questo processo si sono formati elementi pesanti. Tuttavia, esiste la possibilità che il processo r si verifichi anche immediatamente dopo che una stella di neutroni si fonde con un buco nero.

Gli scienziati sospettano che quando una stella di neutroni viene fatta a pezzi dal Campo gravitazionale Il buco nero lancia nello spazio un'enorme quantità di materiale ricco di neutroni. Tuttavia, gli esperti sottolineano che questo processo deve essere un buco nero con una massa relativamente bassa che ruota molto rapidamente. Un buco nero troppo massiccio diventerà molto rapidamente materiale dal Stella di neutroni assorbire, e poco finirà nello spazio.

Chen, Vitale e Foucart sono stati i primi a presentare la folla elementi pesanti rispetto che sorgono in entrambi i tipi di r-processi. In tal modo, hanno testato numerosi modelli in base ai quali potrebbe essere eseguito il processo r.

La maggior parte delle simulazioni ha mostrato che negli ultimi 2,5 miliardi di anni lo spazio si è arricchito di elementi da 2 a 100 volte più pesanti derivanti dalla fusione di stelle di neutroni rispetto alle collisioni tra buchi neri e stelle di neutroni. Nei modelli in cui il buco nero ruotava lentamente, l'amalgama di Stelle di neutroni il doppio degli elementi pesanti rispetto alla fusione del buco nero e della stella di neutroni. D'altra parte, quando le stelle di neutroni si fondono, dove il Buco nero ruota lentamente e ha una massa ridotta - meno di 5 masse solari - elementi fino a 100 volte più pesanti rispetto al processo r. I dati di cui disponiamo attualmente, tuttavia, tendono a escludere l'esistenza di tali buchi neri.

Gli autori dello studio stanno già pianificando di utilizzare i dati di LIGO, Vergine e il nuovo giapponese Rivelatore KAGRA migliorare. Tutti e tre gli strumenti dovrebbero essere pronti per l'uso l'anno prossimo. Calcoli più precisi della velocità di produzione degli elementi pesanti nell'universo saranno utili, tra l'altro, per determinare meglio l'età delle galassie lontane.