Sorte huller kan utilsigtet lave guld, siger astrofysikere

En kunstners indtryk af en sort hul-tilvækstskive. (Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

Universet kan have flere måder at smede tunge elementer på, end vi troede.

Skabelsen af ​​metaller som guld, sølv, thorium og uran kræver energetiske forhold, såsom en supernovaeksplosion eller en kollision mellem neutronstjerner.

Imidlertid viser et nyt papir, at disse elementer kan dannes i det hvirvlende kaos, der ringer en aktiv nyfødt sort hul da den sluger støv og gas fra rummet omkring den.



I disse ekstreme miljøer er den høje emissionsrate af neutrinoer skal lette omdannelsen af ​​protoner til neutroner - hvilket resulterer i et overskud af sidstnævnte, hvilket er nødvendigt for den proces, der producerer tunge grundstoffer.

'I vores undersøgelse undersøgte vi for første gang systematisk konverteringsraterne for neutroner og protoner for et stort antal diskkonfigurationer ved hjælp af omfattende computersimuleringer, og vi fandt ud af, at skiverne er meget rige på neutroner, så længe visse forhold er mødte,' sagde astrofysiker Oliver Just fra GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research i Tyskland.

I begyndelsen, efter Stort brag , der var ikke mange elementer, der flød rundt. Indtil stjerner blev født og begyndte at smadre atomkerner i deres kerne, var universet en suppe af hovedsagelig brint og helium.

Stellar kernefusion gennemsyret kosmos med tungere grundstoffer, fra kulstof hele vejen op til jern for de mest massive stjerner, frøet gennem rummet, når stjernen dør.

Men jern er der, hvor kernefusion rammer en hage. Den varme og energi, der kræves for at producere jern via fusion, overstiger den energi, processen genererer, hvilket får kernetemperaturen til at falde, hvilket igen resulterer i, at stjernen dør i en spektakulær kaboom - supernovaen.

Det er den spektakulære kaboom (og denkabooms af kolliderende neutronstjerner) hvor de tungere elementer er sammensmeltet. Eksplosionerne er så energiske, at atomer, der kolliderer sammen med kraft, kan fange neutroner fra hinanden.

Dette kaldes den hurtige neutronindfangningsproces eller r-proces; det skal ske rigtig hurtigt, så det radioaktive henfald ikke når at ske, før der kommer flere neutroner til kernen.

Det er uklart, om der er andre scenarier, hvor r-processen kan finde sted, men nyfødt sorte huller er en lovende kandidat. Nemlig når to neutronstjerner smelter sammen, og deres kombinerede masse er tilstrækkelig til at tippe det nydannede objekt ind i kategorien sort hul.

Kollapsarer er en anden mulighed: gravitationssammenbrud af kernen af ​​en massiv stjerne til et sort hul med stjernemasse.

I begge tilfælde menes det babysorte hul at være omgivet af en tæt, varm ring af materiale, der hvirvler rundt om det sorte hul og strømmer ind i det, som vand ned i et afløb. I disse miljøer udsendes neutrinoer i overflod, og astronomer har længe antaget, at r-indfangningsnukleosyntese kunne finde sted som et resultat.

Just og hans kolleger foretog et omfattende sæt simuleringer for at afgøre, om dette faktisk er tilfældet. De varierede det sorte huls masse og spin, og massen af ​​materialet omkring det, samt effekten af ​​forskellige parametre på neutrinoer. De fandt ud af, at hvis forholdene er helt rigtige, kan r-proces nukleosyntese finde sted i disse miljøer.

'Den afgørende faktor er den samlede masse af disken,' Bare sagt .

'Jo mere massiv skiven er, jo oftere dannes neutroner ud fra protoner gennem indfangning af elektroner under emission af neutrinoer, og de er tilgængelige til syntese af tunge grundstoffer ved hjælp af r-processen.

»Men hvis massen af ​​skiven er for høj, spiller den omvendte reaktion en øget rolle, så flere neutrinoer genfanges af neutroner, før de forlader skiven. Disse neutroner omdannes derefter tilbage til protoner, hvilket hindrer r-processen.'

Denne søde plet, hvor tunge grundstoffer produceres mest produktivt, er en skivemasse mellem 1 og 10 procent af Solens masse. Det betyder at neutronstjerne fusioner med skivemasser i dette område kunne være tunge elementfabrikker. Da det er ukendt, hvor almindelige kollapsardiske er, er juryen stadig ude efter kollapsarer, sagde forskerne.

Det næste trin vil være at bestemme, hvordan lyset, der udsendes fra en neutronstjernekollision, kan bruges til at beregne massen af ​​dens tilvækstskive.

»Disse data er i øjeblikket utilstrækkelige. Men med den næste generation af acceleratorer, såsom Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), vil det være muligt at måle dem med hidtil uset nøjagtighed i fremtiden,' sagde astrofysiker Andreas Bauswein af GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research.

'Det velkoordinerede samspil mellem teoretiske modeller, eksperimenter og astronomiske observationer vil gøre os forskere i stand til i de kommende år at teste neutronstjernefusioner som oprindelsen til r-proces-elementerne.'

Forskningen er blevet offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Populære Kategorier: Mennesker , Plads , Tech , Samfund , Fysik , Mening , Natur , Sundhed , Miljø , Forklarer ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.