Моделювання підтвердило утворення важких елементів у зіткненнях нейтронних зірок
Моделювання показало, що найбільш імовірним джерелом важких елементів у Всесвіті є зіткнення нейтронних зірок один з одним. Основною альтернативою цьому механізму вважається зіткнення нейтронних зірок з чорними дірами. Дослідження опубліковано в.
Механізми утворення хімічних елементів, з яких нині складається Всесвіт, суттєво різняться. Ядра водню і гелію сформувалися в перші хвилини після Великого вибуху. Літій, берилій і бір виникли в результаті бомбардування міжзоряного середовища високоенергетичними космічними променями. Елементи від вуглецю до нікелю є продуктами реакцій синтезу в ядрах зірок. Елементи з масовим числом більше 94 отримані людьми, ще частина елементів нестабільна і в природі майже не зустрічається. Довгий час основним джерелом інших елементів вважалися вибухи наднових, проте моделювання цих явищ показало, що частота цих вибухів занадто мала, щоб вони могли бути джерелом всіх важких елементів природного походження, а тому фізики припустили, що велика частина таких елементів може народжуватися при зіткненні нейтронних зірок. Пізніше, однак, астрофізики висунули припущення, що ще більше важких елементів може утворюватися при зіткненнях нейтронних зірок з чорними дірами. У 10-х роках було проведено ряд численних розрахунків зіткнень чорних дір і нейтронних зірок у вузькому діапазоні мас, який підтвердив, що вони можуть дати внесок у виробництво важких елементів, який можна порівняти з внеском зіткнень двох нейтронних зірок.
Щоб перевірити, яке джерело важких елементів є головним, група американських фізиків під керівництвом Ченя Синьюя (Hsin-Yu Chen) з Массачусетського технологічного інституту провела комп'ютерне моделювання процесів, що відбуваються в обох варіантах зіткнень при реалістичному розподілі чорних дір і нейтронних зірок по масах і моментах імпульсу.
Вчені провели моделювання 600 тисяч зіткнень нейтронних зірок один з одним і з чорними дірами для різних значень мас об'єктів, що стикаються, а також величин і напрямків їх кутових моментів. Крім того, фізики використовували кілька різних варіантів рівняння стану речовини нейтронної зірки. Вивести це рівняння з перших принципів квантової хромодинаміки в даний час неможливо через труднощі з кількісним описом сильно-взаємодіючих систем, так що вчені змушені робити припущення щодо його форми, сумісні з астрономічними спостереженнями за нейтронними зірками.
Проаналізувавши результати моделювання, дослідники дійшли висновку, що найімовірніша частка важких елементів, що народилися при зіткненнях нейтронних зірок один з одним, становить близько 70 відсотків. Однак, у цих результатах є значна невизначеність. Кількість елементів, що народилися при зіткненні, істотно залежить як від використовуваного рівняння стану речовини нейтронної зірки, так і від числа нейтронних зірок і чорних дір з певними значеннями маси і моменту імпульсу у Всесвіті, а це число в даний час точно невідоме. Фізики розраховують, що в найближчому майбутньому гравітаційно-астрономічні спостереження дозволять краще визначити розподіл нейтронних зірок і чорних дір по масі і моменту імпульсу і, відповідно, уточнити висновки їх роботи.
Від редактора
У першій версії статті було сказано, що технецій було отримано людьми, що не відповідає дійсності. Наразі відомо, що лінії його поглинання зустрічаються у спектрах деяких зірок.
Раніше ми детально пояснювали механізми утворення важких елементів при зіткненнях нейтронних зірок у блозі «Звідки беруться важкі метали».