Столкновения между нейтронными звездами оказались «золотой жилой» Вселенной

Большинство элементов легче железа формируются в недрах звезд в результате ядерных реакций. Однако если число протонов в ядре превышает 26, то их слияние становится энергетически невыгодным. Поэтому основными источниками таких элементов Периодической таблицы, как золото, платина и другие тяжелые элементы, считаются более высокоэнергетические события – столкновения между сверхплотными объектами, такими как нейтронные звезды и черные дыры. В новом исследовании команда под руководством Синь Юй Чен (Hsin-Yu Chen), исследователя-постдока из Института астрофизики и исследований космоса Общества Кавли Массачусетского технологического института, США, нашла, что наиболее вероятным источником золота, платины и других тяжелых металлов во Вселенной являются столкновения между двумя нейтронными звездами, а не столкновения между одной нейтронной звездой и одной черной дырой.
В 2017 г. при помощи гравитационно-волновых обсерваторий LIGO и Virgo было обнаружено столкновение между двумя нейтронными звездами, для которого удалось найти соответствие в оптическом диапазоне, что позволило оценить количество произведенных тяжелых элементов.
В своей работе Чен и ее коллеги задались вопросом, что является основным источником тяжелых элементов во Вселенной: столкновение между двумя нейтронными звездами или другой тип столкновения между двумя компактными объектами, зарегистрированный при помощи обсерваторий LIGO и Virgo – столкновение между нейтронной звездой и черной дырой?
Для анализа исследователи взяли два столкновения между нейтронными звездами и два столкновения типа нейтронная звезда-черная дыра, зарегистрированные до настоящего времени при помощи обсерваторий LIGO и Virgo.
Проведенные командой расчеты показали, что в среднем столкновения между двумя нейтронными звездами могут генерировать в 2-100 раз больше тяжелых металлов, чем столкновения между нейтронными звездами и черными дырами. Четыре столкновения, на которых базировался этот анализ, произошли, согласно оценкам, на протяжении последних 2,5 миллиарда лет. Отсюда исследователи делают вывод, что, по крайней мере на протяжении этого периода, в ходе столкновений между двумя нейтронными звездами формировалось больше тяжелых элементов, чем в столкновениях между нейтронными звездами и черными дырами.
Весы могут качнуться в сторону столкновений между нейтронными звездами и черными дырами, если черные дыры имеют высокие скорости собственного вращения и малые массы. Однако до настоящего времени среди зарегистрированных столкновений с участием черных дыр не наблюдалось черных дыр с такими параметрами, пояснили члены исследовательской группы.
Чен и ее коллеги надеются, что после того как обсерватории LIGO и Virgo возобновят свои наблюдения в следующем году, обнаружения новых гравитационно-волновых событий позволят уточнить сделанные командой оценки скорости производства тяжелых элементов в ходе столкновений каждого из рассмотренных типов. Эти скорости, в свою очередь, могут помочь определить возраст далеких галактик, исходя из содержания в них различных элементов, пояснили авторы.
Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.....