Доктор Шин Чі Люн, доцент кафедри фізики SUNY Poly, у співпраці з паном Чун-Мінг Іпом, доктором Мін-Чунг Чу та доктором Лап-Мінг Ліном з Китайського університету Гонконгу виявили, що вибух нейтронної зірки малої маси може бути альтернативним космічним джерелом лантаноїдів та інших важких елементів, включаючи дорогоцінні метали, такі як золото і платина. Їхнє дослідження було опубліковано в The Astrophysical Journal.
Нейтронні зірки — це кінцеві точки еволюції зірок, маса яких у 10-25 разів перевищує масу Сонця. Після останнього вибуху зірка залишає за собою компактний об’єкт з масою, порівнянною з Сонцем, і діаметром близько 20 км (розмір Манхеттена). Такий компактний об’єкт досить стабільний, щоб існувати окремо. Але в подвійній нейтронній зоряній системі взаємодія з нейтронною зіркою-компаньйоном може викликати щось драматичне.
Традиційно, коли дві нейтронні зірки знаходяться досить близько, вони зливаються і стикаються. Цей процес є основним джерелом лантаноїдів і важких елементів у Всесвіті. Зіткнення може створити умови (відомі як r-процес) для синтезу цих елементів.
Подію злиття нещодавно спостерігали вперше в 2017 році. Однак дуже сумнівно, чи цього каналу достатньо для пояснення важких елементів у космічному масштабі.
Команда помітила, що навіть без прямого зіткнення первинна нейтронна зірка може втрачати масу своїй нейтронній зірці-супутнику через приливну силу. Теоретичні моделі передбачають, що після втрати достатньої маси зірка стає нестабільною, що викликає неконтрольовану пульсацію та наступний вибух.
Для свого дослідження команда дослідила, чи може цей канал синтезувати такі ж важкі елементи, як канал злиття. Існує дуже мало попередніх досліджень цього процесу, тому що моделювання є обчислювально складним. Він передбачає розрахунок дуже масштабних ядерних реакцій і врахування екстремального середовища навколо нейтронної зірки.
Команда успішно подолала чисельний бар’єр і змоделювала, як відбуваються ці вибухи. Щоб переконатися, що хімічні елементи обчислені правильно, вони використали велику ядерну мережу з понад 3000 ізотопів із найновішою мікрофізикою. Їхні нові результати підтверджують, що окрема нейтронна зірка з малою масою нестабільна і може вибухнути. Хімічний склад викиду дуже нагадує сонячний склад, особливо важких елементів. Це свідчить про те, що цей сценарій може бути ще одним важливим методом пояснення розподілу хімічних елементів у Всесвіті.
Це дослідження проливає світло на одне з фундаментальних питань про Всесвіт: звідки походять усі хімічні елементи та як Всесвіт еволюціонував від водню та гелію до 118 різноманітних елементів. Лантаноїди тісно пов’язані з сучасною технологією. Наприклад, неодим є основним інгредієнтом для виробництва сильних магнітів. Важкі елементи, включаючи дорогоцінні метали, тобто золото і платину, також у великій кількості виробляються цим каналом.
Команда продовжить досліджувати перспективи спостереження вибуху та вдосконалювати вхідну фізику, щоб зробити симуляції більш реалістичними.