Sind Fusionen von binären Neutronensternen erforderlich, um den Goldreichtum zu erklären?

The NPR News item Astronomen streiken Gravitationsgold in kollidierenden Neutronensternen erwähnt und zitiert " Daniel Kasen , einen theoretischen Astrophysiker an der University of California, Berkeley:"

Er verbrachte die späten Nächte damit, die eingehenden Daten zu beobachten und sagt, die kollidierenden Sterne hätten eine große Trümmerwolke ausgespuckt.

"Diese Trümmer sind seltsame Dinge. Es ist Gold und Platin, aber es ist gemischt mit dem, was man als normalen radioaktiven Abfall bezeichnen würde, und es gibt diese große Wolke radioaktiver Abfälle, die gerade aus dem Fusionsstandort herauspilzt", sagt Kasen. "Es fängt klein an, ungefähr so ​​groß wie eine kleine Stadt, aber es bewegt sich so schnell - ein paar Zehntel der Lichtgeschwindigkeit -, dass es nach einem Tag eine Wolke von der Größe des Sonnensystems ist."

Nach seinen Schätzungen produzierte diese Neutronensternkollision etwa 200 Erdmassen reinen Goldes und vielleicht 500 Erdmassen Platin. "Es ist eine lächerlich große Menge auf menschlicher Skala", sagt Kasen. Er persönlich hat einen Ehering aus Platin und bemerkt, dass "es verrückt ist zu denken, dass diese Dinge, die sehr weit entfernt und irgendwie exotisch wirken, die Welt und uns auf eine intime Art und Weise beeinflussen."

War die Fusion von Neutronenstern- Binärdateien notwendig, um die Fülle der schweren Elemente wie Gold und Platin zu erklären , oder handelt es sich nur um eine Anekdote? Wie wichtig sind binäre Neutronensterne für die Häufigkeit schwerer Elemente wie Gold? Gibt es eine bestimmte oder bemerkenswerte Zeitung, die ich darüber lesen kann?

Ich habe diese Antwort bereits gelesen , suche aber nach einer besseren Erklärung für die Notwendigkeit einer solchen Fusion, um die Fülle zu erklären. Ich bin mir ziemlich sicher, dass in keinem der beobachteten Gammastrahlenereignisse Spektrallinien von Gold oder einem identifizierbaren schweren Element (aufgrund der unglaublichen Doppler-Verbreiterung) zu sehen sind. Die Verbindung muss also tatsächlich aus Simulationen stammen.

Die Erzeugung einiger sehr schwerer neutronenreicher Elemente wie Gold und Platin erfordert das schnelle Einfangen von Neutronen. Dies tritt nur unter dichten, explosiven Bedingungen auf, bei denen die Dichte der freien Neutronen groß ist. Die konkurrierenden Theorien und Orte für den R-Prozess befanden sich lange Zeit innerhalb von Kernkollaps-Supernovae und während der Fusion von Neutronensternen.

Nach meinem Verständnis ist es für Supernovae immer schwieriger geworden, (in theoretischen Modellen) genügend R-Prozess-Elemente zu produzieren, um sowohl der Menge als auch den detaillierten Häufigkeitsverhältnissen der R-Prozess-Elemente im Sonnensystem zu entsprechen (siehe zum Beispiel Wanajo et al. 2011) ; Arcones & Thielmann 2012 ). Die erforderlichen Bedingungen, insbesondere eine sehr neutronenreiche Umgebung in den Neutrino-getriebenen Winden, sind ohne die Feinabstimmung der Parameter nicht gegeben (siehe unten).

Stattdessen sind die Modelle, die Neutronensternfusionen aufrufen, viel robuster gegenüber theoretischen Unsicherheiten und erzeugen erfolgreich r-Prozesselemente. Das Fragezeichen scheint nur über ihre Häufigkeit zu verschiedenen Zeitpunkten in der Entwicklung einer Galaxie und genau zu sein, wie viel angereichertes Material ausgestoßen wird.

Die Ankündigung von GW170817 macht dies alles plausibler. Eine Neutronensternfusion wurde beobachtet. Das Verhalten der optischen und infraroten Emission nach dem Ereignis entspricht den Erwartungen, Neutronensternmodelle zu verschmelzen (z . B. Pian et al. 2017 ; Tanvir et al. 2017 ). Besonders hervorzuheben ist die sich entwickelnde Opazität und das Verblassen im Blau und Sichtbaren, wobei das Spektrum durch das Infrarot mit breiten Spektralmerkmalen dominiert wird. Dies ist die Erwartung für eine sich ausdehnende Materialwolke, die durch die Anwesenheit von Lanthanoiden und anderen r-Prozess-Elementen stark verschmutzt wird ( Chornock et al. 2017 ). Die vernünftige Übereinstimmung zwischen den Beobachtungen und Modellen legt nahe, dass bei dieser Explosion tatsächlich eine große Menge von R-Prozess-Elementen erzeugt wurde.

Von dort auf die Behauptung über den Ursprung des Goldes (wie in der Pressekonferenz behauptet) zu kommen, ist ein Schritt zu weit. Die Menge an produziertem R-Prozess-Material weist große Unsicherheiten auf und ist modellabhängig. Die Rate der Fusionen gezwungen ist , nur etwa eine Größenordnung im lokalen Universum und ist nicht im frühen Universum gemessen / bekannt. Was gesagt werden könnte, ist, dass dieser Kanal für die R-Prozess-Produktion direkt beobachtet wurde und daher berücksichtigt werden muss.

Eine R-Prozess-Produktion durch den Supernova-Kanal ist dagegen noch nicht ausgeschlossen. Zumindest einige Simulationen, die Rotation und Magnetfelder beinhalten, scheinen noch "im Spiel" zu sein (zB Nishimura et al. 2016 ). Es könnte sein, dass das Vorhandensein eines signifikanten r-Prozessmaterials in sehr alten metallarmen Sternen einen Supernova-Kanal erfordert, da die Fusion von Neutronensternen einige Zeit in Anspruch nimmt (z . B. Cescutti et al. 2015 ; Cote et al. 2017 ). .

Das Gesamtbild ist noch ungewiss. Eine Übersicht von Siegel (2019) kommt zu dem Schluss, dass einige seltene Typen von Kernkollaps-Supernovae (sogenannte "Kollapsare") nach wie vor die besten Erklärungen für die Elemente des Milchstraße-R-Prozesses liefern. Der Hauptbeweis dafür ist das Vorhandensein von Europium (einem R-Prozess-Element) -Verbesserungen in einigen sehr alten Halo-Sternen und der allgemeine Trend, Eu / Fe mit zunehmendem Fe zu verringern, was auf einen eher Alpha-Element-ähnlichen Produktionsstandort für das R hindeutet -Prozess - dh Supernovae.