Sono necessarie fusioni binarie di stelle di neutroni per spiegare l'abbondanza di oro?

L'articolo di NPR News Gli astronomi colpiscono l'oro gravitazionale nella collisione di stelle di neutroni menziona e cita " Daniel Kasen , un astrofisico teorico dell'Università della California, Berkeley:"

Ha trascorso la notte tardi a guardare i dati che arrivano e dice che le stelle in collisione hanno vomitato una grande nuvola di detriti.

"Quei detriti sono cose strane. Sono oro e platino, ma si mescolano a quelli che chiameresti normali rifiuti radioattivi, e c'è questa grande nuvola di rifiuti radioattivi che inizia appena fuoriuscendo dal sito di fusione", afferma Kasen. "Inizia in piccolo, delle dimensioni di una piccola città, ma si sta muovendo così velocemente - pochi decimi della velocità della luce - che dopo un giorno è una nuvola delle dimensioni del sistema solare."

Secondo le sue stime, questa collisione di stelle di neutroni ha prodotto circa 200 masse terrestri di oro puro e forse 500 masse terrestri di platino. "È una quantità ridicolmente enorme su scala umana", afferma Kasen. Ha personalmente una fede nuziale in platino e nota che "è pazzesco pensare che queste cose che sembrano molto lontane e un po 'esotiche abbiano un impatto sul mondo e su di noi in modi intimi".

La fusione dei binari a stella di neutroni è stata necessaria per spiegare l' abbondanza di elementi pesanti come l'oro e il platino, o è solo un oggetto aneddotico? Quanto sono importanti le stelle binarie di neutroni per l'abbondanza di elementi pesanti come l'oro? C'è un documento particolare o notevole che posso leggere su questo?

Ho già letto questa risposta ma sto cercando una spiegazione migliore della necessità di questo tipo di fusione per spiegare le abbondanze. Sono abbastanza sicuro che non ci sia nulla in nessun evento di raggio gamma osservato che mostri linee spettrali di oro o qualsiasi elemento pesante identificabile (a causa dell'incredibile ampliamento del doppler), quindi la connessione deve effettivamente provenire da simulazioni.

La creazione di alcuni elementi molto pesanti ricchi di neutroni, come l'oro e il platino, richiede la rapida cattura dei neutroni. Ciò si verificherà solo in condizioni dense ed esplosive in cui la densità dei neutroni liberi è grande. Per molto tempo, le teorie e i siti concorrenti per il processo r sono stati all'interno di supernovae a collasso centrale e durante la fusione di stelle di neutroni.

La mia comprensione è che è diventato sempre più difficile per le supernove produrre (in modelli teorici) elementi di processo r sufficienti per abbinare sia la quantità che i rapporti di abbondanza dettagliati degli elementi di processo r nel sistema solare (vedere ad esempio Wanajo et al. 2011 ; Arcones & Thielmann 2012 ). Le condizioni richieste, in particolare un ambiente molto ricco di neutroni nei venti guidati dai neutrini, non sono presenti senza la regolazione fine dei parametri (vedi sotto).

Invece, i modelli che invocano le fusioni di stelle di neutroni sono molto più robusti rispetto alle incertezze teoriche e producono con successo elementi di processo r. Il punto interrogativo sembra essere solo al di sopra della loro frequenza in vari momenti nell'evoluzione di una galassia ed esattamente quanto materiale espulso viene espulso.

L'annuncio di GW170817 rende tutto ciò più plausibile. È stata osservata una fusione di stelle di neutroni. Il comportamento dell'emissione ottica e infrarossa dopo l'evento corrisponde alle aspettative di fusione dei modelli di stelle di neutroni (ad esempio Pian et al. 2017 ; Tanvir et al. 2017 ). Di particolare nota è lo sviluppo di opacità e dissolvenza nel blu e visibile, con lo spettro che viene dominato dall'infrarosso con ampie caratteristiche spettrali. Questa è l'aspettativa di una nuvola di materiale in espansione che è fortemente inquinata dalla presenza di lantanidi e altri elementi del processo r ( Chornock et al. 2017 ). Il ragionevole accordo tra osservazioni e modelli suggerisce che in questa esplosione sia stata prodotta una grande quantità di elementi di processo a R.

Andare da lì all'affermazione che l'origine dell'oro è risolta (come affermato nella conferenza stampa) è un passo troppo avanti. La quantità di materiale di processo a R prodotta ha grandi incertezze e dipende dal modello. Il tasso di fusione è limitato a circa un ordine di grandezza nell'universo locale e non è misurato / conosciuto nell'universo primordiale. Ciò che si potrebbe dire è che questo canale per la produzione di r-process è stato osservato direttamente e quindi deve essere preso in considerazione.

D'altra parte, la produzione del processo di r dal canale della supernova non è ancora esclusa. Almeno alcune simulazioni, che coinvolgono la rotazione e i campi magnetici, sembrano essere ancora "in gioco" (ad esempio Nishimura et al. 2016 ). È possibile che la presenza di significativo materiale di processo a R in stelle povere di metalli molto vecchi richieda un canale di supernova, poiché la fusione delle stelle di neutroni richiede un tempo considerevole (ad esempio Cescutti et al.2015 ; Cote et al.2017 ) .

Il quadro generale è ancora incerto. Una recensione di Siegel (2019) conclude che la migliore misura per l'evidenza disponibile è che alcuni rari tipi di supernovae a collasso centrale (noti come "collapsar") sono ancora la soluzione migliore per spiegare gli elementi del processo r della Via Lattea. La prova principale di ciò è la presenza di miglioramenti dell'Europium (un elemento del processo r) in alcune stelle di halo molto vecchie e la tendenza generale di ridurre l'Eu / Fe all'aumentare del Fe, suggerendo un sito di produzione più simile ad alfa-elemento per la r -processo - cioè supernovae.