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衝突する中性子星は、重元素の「金鉱」であり、金とプラチナの主な宇宙源です。

新しい研究によると、二元中性子星は、今日私たちが目にしている金、プラチナ、その他の重金属の潜在的な宇宙源であることが示唆されています。 クレジット:National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A。 シモンネット、MITニュース編集

2つの中性子星の合併は、過去25億年の間に、中性子星とブラックホールの合併よりも重い元素を生み出しました。

鉄より軽い元素のほとんどは、星の芯で鍛造されています。 星の熱くて白い中心は陽子の核融合を促進し、陽子を一緒に圧縮して次第に重い元素を作ります。 しかし、鉄を超えて、科学者たちは、金、プラチナ、その他の重元素の出現につながる可能性があるものについて困惑しています。これらの元素の形成には、星が集めることができるよりも多くのエネルギーが必要です。

の研究者による新しい研究 そして、ニューハンプシャー大学は、2つの長い間疑われていた重金属の供給源の中で、一方が他方よりも金鉱であることに気づきました。

この研究は本日(2021年10月25日)に公開されました。 アストロフィジカルジャーナルレター、報告によると、過去25億年の間に、より多くの重金属がバイナリシステムで生産されてきました。 中性子星 合併、または2つの中性子星間の衝突は、中性子星と ブラックホール

この研究は、重金属の生成に関して2種類の核融合を比較した最初の研究であり、二元中性子星が、今日見られる金、プラチナ、その他の重金属の潜在的な宇宙源であることを示唆しています。 調査結果はまた、科学者が宇宙全体で重金属が生産されている速度を決定するのに役立つ可能性があります。

MIT天体物理学および宇宙研究所のカヴリ研究所のポスドク研究員である筆頭著者のHsin-YuChenは述べています。

Chenの共著者は、マサチューセッツ工科大学の物理学の准教授であるSalvatore Vitaleと、国連のFrançoisFoucartです。

アクティブフラッシュ

星が核融合を起こすとき、それらはより重い元素を形成するために陽子を融合するためのエネルギーを必要とします。 星は、水素から鉄まで、より軽い元素を放出するのに効果的です。 ただし、26を超える陽子を鉄に組み込むと、エネルギー効率が低下します。

「鉄を迂回して、金やプラチナなどのより重い元素を作りたい場合は、陽子を一緒に投げる別の方法が必要です」とVitale氏は言います。

科学者たちは超新星が答えかもしれないと疑っています。 巨大な星が超新星に崩壊すると、その中心にある鉄が激しい落下の中で軽い元素と結合して、重い元素を生成する可能性があります。

しかし、2017年に、中性子と恒星のバイナリ合併の形で有望な候補が確認されました。 レゴ おとめ座、それぞれ米国とイタリアの重力波観測所。 拾った試薬 重力波、または地球から1億3000万光年の距離で発生した時空の波紋は、2つの中性子星の衝突から発生します。これは、中性子で満たされた巨大な星の崩壊したコアであり、宇宙で最も密度の高い物体の1つです。

宇宙の融合は、重金属の指紋を含む閃光を放ちました。

「核融合プロセスで生成された金の量は、地球の質量の数倍でした」とチェンは言います。 「これは状況を完全に変えました。数学は、超新星と比較して、バイナリ中性子星が重い元素を作成するためのはるかに効率的な方法であることを示しました。」

バイナリー金鉱

中性子星合体は、中性子星とブラックホールの衝突と比べてどうですか、とチェンと彼女の同僚は尋ねました。 これは、LIGOとVirgoによって発見された別のタイプの核融合であり、重金属プラントである可能性があります。 特定の条件下で、科学者は、ブラックホールが中性子星を不活性化して、ブラックホールが星を完全に飲み込む前に重金属を発火させて放出することができると信じています。

チームは、各タイプの核融合が通常生成する金やその他の重金属の量を決定するために着手しました。 彼らの分析のために、彼らは2つの中性子星を併合し、2つの中性子星(ブラックホール)を併合するというこれまでのLIGOとおとめ座の発見に焦点を合わせました。

研究者たちはまず、ブラックホールが大きすぎたり遅すぎたりすると、重いものを生成する前に中性子星を飲み込むことになるため、各合併における各物体の質量と各ブラックホールの回転速度を推定しました。 。 要素。 彼らはまた、摂動に対する各中性子星の抵抗を決定しました。 星の抵抗力が高いほど、重い元素を生成する可能性は低くなります。 彼らはまた、LIGO、乙女座、および他の天文台による観測に基づいて、一方の融合が他方と比較して発生する頻度を推定しました。

最後に、チームはFockartによって開発された数値シミュレーションを使用して、オブジェクトの質量、回転、乱流の程度、および発生率のさまざまな組み合わせを前提として、各融合が生成する金およびその他の重金属の平均量を計算しました。

平均して、研究者たちは、中性子星の二元合併は、中性子星とブラックホールの合併よりも2倍から100倍多くの重金属を生成できることを発見しました。 彼らが分析の基礎としている4つの合併は、過去25億年以内に起こったと推定されています。 その後、彼らは、この期間中に、少なくとも、中性子星とブラックホールの間の衝突よりも、中性子星の間の二元合併によって、より重い元素が生成されたと結論付けました。

ブラックホールのスピンが高く、質量が小さい場合、スケールは中性子星間でブラックホールを結合するために傾く可能性があります。 しかし、科学者たちは、これまでに検出された2つの合併でこれらのタイプのブラックホールをまだ観察していません。

Chenと彼女の同僚は、LIGOとVirgoが来年観測を再開するにつれて、より多くの発見が、各核融合が重元素を生成する速度のチームの推定を改善することを望んでいます。 これらの率は、次に、科学者がそれらのさまざまな要素の豊富さに基づいて、遠方の銀河の年齢を決定するのを助けるかもしれません。

「恐竜の残骸を年代測定するために炭素を使用するのと同じ方法で重金属を使用できます」とVitaleは言います。 「これらの現象はすべて、重元素の固有の速度と収量が異なるため、これはタイムスタンプが銀河にどのように付けられるかに影響します。したがって、この種の研究はそれらの分析を改善することができます。」

参考:2021年10月25日、Hsin Yue-Chin、Salvator Vitale、FrançoisFoucartによる「中性子星と中性子星およびブラックホール連星の二元合併による重金属生成への相対的寄与」 アストロフィジカルジャーナルレター
DOI:10.3847 / 2041-8213 / ac26c6

この研究は部分的にによって資金提供されました NASA国立科学財団とLIGO研究所。

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