تصادم النجوم النيوترونية تثري الكون أكثر من اندماج الثقوب السوداء بالنجوم

عالم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيامن LIGO وقامت جامعة نيو هامبشاير بحساب كمية العناصر الثقيلة الناتجة عندما تندمج الثقوب السوداء مع النجوم النيوترونية وقارنت بياناتها بكمية العناصر الثقيلة الناتجة عند اندماج النجوم النيوترونية. استخدم Hsin-Yu Chen و Salvatore Vitale و Francois Foucart أنظمة محاكاة متقدمة وبيانات من مراصد موجات الجاذبية LIGO-Virgo.

حاليًا ، لا يفهم علماء الفيزياء الفلكية تمامًا كيف تتشكل العناصر الأثقل من الحديد في الكون. يعتقد أنها تنشأ بطريقتين. حوالي نصف هذه العناصر تتشكل أثناء العملية في النجوم ذات الكتلة المنخفضة (0,5-10 كتلة شمسية) في المراحل الأخيرة من حياتها. هم بعد ذلك عمالقة حمراء. هناك يحدث التركيب النووي بدلا من الصيام نيوترونات يتم التقاطها بواسطة نويدات ذات كثافة نيوترونية منخفضة ودرجات حرارة متوسطة.

مصدر الصورة: Pixabay / هؤلاء

من ناحية أخرى ، يتم إنشاء النصف الآخر من العناصر الثقيلة بسرعة ص عملية، لانفجارات المستعرات الأعظمية والكيلونوفا. ثم هناك التقاط سريع للعديد من النيوترونات ، تليها سلسلة من الاضمحلال التي تؤدي إلى تكوين عنصر مستقر. تتطلب هذه العملية درجات حرارة عالية وتدفقات نيوترونية شديدة الكثافة. ومع ذلك ، يجادل العلماء حول مكان حدوث عملية r.

في عام 2017 وقع LIGO-Virgo ملف اندماج النجوم النيوترونية أدى إلى انفجار ضخم يسمى أ كيلونوفا، قاد. في ذلك الوقت ، تم التأكيد على تشكيل عناصر ثقيلة في هذه العملية. ومع ذلك ، هناك احتمال أن تحدث عملية r أيضًا مباشرة بعد اندماج نجم نيوتروني مع ثقب أسود.

يعتقد العلماء أنه عندما يتمزق نجم نيوتروني بواسطة مجال الجاذبية يلقي الثقب الأسود بكمية هائلة من المواد الغنية بالنيوترونات في الفضاء. ومع ذلك ، يشير الخبراء إلى أن هذه العملية يجب أن تكون ثقبًا أسود بكتلة منخفضة نسبيًا تدور بسرعة كبيرة. الثقب الأسود الهائل جدًا سيتحول بسرعة كبيرة إلى مادة من النجم النيوتروني يمتص ، والقليل سينتهي به المطاف في الفضاء.

كان تشين وفيتال وفوكارت أول من قدم للجمهور العناصر الثقيلة مقارنة التي تنشأ في كلا النوعين من عمليات r. من خلال القيام بذلك ، قاموا باختبار العديد من النماذج التي يمكن بموجبها تشغيل عملية r.

أظهرت معظم عمليات المحاكاة أنه على مدى 2,5 مليار سنة الماضية تم إثراء الفضاء بعناصر ثقيلة من اندماج النجوم النيوترونية بمقدار 2 إلى 100 مرة أكثر من الاصطدامات بين الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. في النماذج التي يدور فيها الثقب الأسود ببطء ، يتم دمج النجوم النيوترونية ضعف عدد العناصر الثقيلة مثل اندماج الثقب الأسود والنجم النيوتروني. من ناحية أخرى ، عندما تندمج النجوم النيوترونية ، حيث يتم دمج الثقب الأسود يدور ببطء وله كتلة منخفضة - أقل من 5 كتل شمسية - ما يصل إلى 100 مرة من العناصر الثقيلة أكثر مما كانت عليه في عملية r. ومع ذلك ، فإن البيانات التي لدينا حاليًا تميل إلى استبعاد وجود مثل هذه الثقوب السوداء.

يخطط مؤلفو الدراسة بالفعل لاستخدام بيانات من LIGOوالعذراء واليابانيون الجدد كاشف KAGRA لتحسين. يجب أن تكون جميع الأدوات الثلاثة جاهزة للاستخدام مرة أخرى العام المقبل. ستكون الحسابات الأكثر دقة لمعدل إنتاج العناصر الثقيلة في الكون مفيدة ، من بين أمور أخرى ، لتحديد عمر المجرات البعيدة بشكل أفضل.