Температуры и электронные доли массовых элементов при переходе от ядра-подобного вещества к короподобному веществу в модели Л-40-50. При падении плотности элементов массы от ~1014 г/см3 до ρth ≡ 1013 г/см3 за счет расширения происходит переход от ядра-подобного вещества к короподобному веществу. Фото: Астрофизический журнал (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/acf570
Доктор Шинг Чи Люн, доцент кафедры физики Политехнического университета SUNY, в сотрудничестве с г-ном Чун-Минг Ип, доктором Минг-Чунг Чу и доктором Лап-Минг Линь из Китайского университета Гонконга обнаружили, что взрыв Нейтронная звезда малой массы может стать альтернативным космическим источником лантаноидов и других тяжелых элементов, включая драгоценные металлы, такие как золото и платина. Их исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal.
Нейтронные звезды — это конечные точки эволюции звезд с массой от 10 до 25 раз больше солнечной. После финального взрыва звезда оставляет после себя компактный объект с массой, сравнимой с Солнцем, и диаметром около 20 км (размером с Манхэттен). Такой компактный объект достаточно стабилен, чтобы существовать один. Но в системе двойной нейтронной звезды взаимодействие с нейтронной звездой-компаньоном может спровоцировать нечто драматическое.
Традиционно, когда две нейтронные звезды находятся достаточно близко, они сливаются и сталкиваются. Этот процесс является основным источником лантаноидов и тяжелых элементов во Вселенной. Столкновение может создать условие (известное как r-процесс) для синтеза этих элементов.
Событие слияния недавно впервые наблюдалось в 2017 году. Однако весьма сомнительно, достаточно ли одного этого канала для объяснения тяжелых элементов в космическом масштабе.
Команда заметила, что даже без прямого столкновения первичная нейтронная звезда может потерять массу по сравнению с нейтронной звездой-компаньоном из-за приливной силы. Теоретические модели предполагают, что после потери достаточной массы звезда становится нестабильной, что вызывает неконтролируемую пульсацию и последующий взрыв.
В ходе своего исследования команда выяснила, может ли этот канал синтезировать сравнимые тяжелые элементы с каналом слияния. Предыдущих исследований этого процесса очень мало, поскольку моделирование является сложной вычислительной задачей. Он включает в себя расчет очень обширных ядерных реакций и учет экстремальных условий окружающей среды вокруг нейтронной звезды.
Команда успешно преодолела численный барьер и смоделировала, как происходят эти взрывы. Чтобы убедиться, что химические элементы рассчитаны правильно, они использовали большую ядерную сеть из более чем 3000 изотопов с самой современной микрофизикой. Их новые результаты подтверждают, что отдельная нейтронная звезда малой массы нестабильна и может взорваться. Химический состав выбросов очень похож на солнечный, особенно по тяжелым элементам. Это говорит о том, что этот сценарий может стать еще одним важным методом объяснения распределения химических элементов во Вселенной.
Это исследование проливает свет на один из фундаментальных вопросов о Вселенной: откуда берутся все химические элементы и как Вселенная эволюционировала от водорода и гелия к множеству из 118 элементов. Лантаниды имеют тесную связь с современными технологиями. Например, неодим является основным ингредиентом для изготовления сильных магнитов. Тяжелые элементы, включая драгоценные металлы, т.е. золото и платину, также в больших количествах производятся по этому каналу.
Команда продолжит исследовать перспективы наблюдения за взрывом и улучшит физику входных данных, чтобы сделать моделирование более реалистичным.
Информация от: Политехническим институтом Суни.
