Apakah diperlukan penggabungan bintang neutron biner untuk menjelaskan kelimpahan emas?

Item Berita NPR Para Astronom Mogok Gravitasi Emas Dalam Bertabrakan Bintang Neutron menyebutkan dan mengutip " Daniel Kasen , seorang astrofisika teoretis di University of California, Berkeley:"

Dia menghabiskan larut malam menonton data masuk dan mengatakan bintang-bintang yang bertabrakan memuntahkan awan puing besar.

"Puing-puing itu aneh. Ini emas dan platinum, tapi dicampur dengan apa yang Anda sebut limbah radioaktif biasa, dan ada awan limbah radioaktif besar ini yang baru mulai menjamur dari lokasi merger," kata Kasen. "Itu dimulai dari kecil, seukuran kota kecil, tapi bergerak sangat cepat - beberapa persepuluh dari kecepatan cahaya - bahwa setelah sehari itu awan seukuran tata surya."

Menurut perkiraannya, tabrakan bintang neutron ini menghasilkan sekitar 200 massa Bumi emas murni, dan mungkin 500 massa Bumi platinum. "Ini jumlah yang sangat besar pada skala manusia," kata Kasen. Dia secara pribadi memiliki cincin kawin platinum dan mencatat bahwa "gila untuk berpikir bahwa hal-hal yang tampak sangat jauh dan eksotis ini benar-benar berdampak pada dunia dan kita dengan cara yang intim."

Apakah penggabungan binari bintang neutron diperlukan untuk menjelaskan kelimpahan unsur-unsur berat seperti emas dan platinum, atau apakah ini hanya item anekdotal? Seberapa pentingkah bintang neutron biner bagi kelimpahan unsur-unsur berat seperti emas? Apakah ada makalah khusus atau penting yang bisa saya baca tentang ini?

Saya sudah membaca jawaban ini tetapi saya sedang mencari penjelasan yang lebih baik tentang perlunya merger semacam ini untuk menjelaskan kelimpahan. Saya cukup yakin tidak ada dalam peristiwa sinar gamma yang diamati yang menunjukkan garis spektral emas atau elemen berat yang dapat diidentifikasi (karena pelebaran doppler yang luar biasa), sehingga koneksi harus benar-benar berasal dari simulasi.

Penciptaan beberapa elemen kaya neutron yang sangat berat, seperti emas dan platinum, membutuhkan penangkapan neutron secara cepat. Ini hanya akan terjadi dalam kondisi padat dan eksplosif di mana kepadatan neutron bebas besar. Untuk waktu yang lama, teori dan situs yang bersaing untuk proses-r telah berada di dalam supernova inti-runtuh dan selama penggabungan bintang-bintang neutron.

Pemahaman saya adalah bahwa semakin sulit bagi supernova untuk memproduksi (dalam model teoretis) elemen-elemen proses-r yang cukup untuk mencocokkan kuantitas dan rasio kelimpahan yang detail dari elemen-elemen proses-r di sistem tata surya (lihat misalnya Wanajo et al. 2011 ; Arcones & Thielmann 2012 ). Kondisi yang diperlukan, khususnya lingkungan yang sangat kaya neutron dalam angin yang digerakkan oleh neutrino, tidak hadir tanpa penyesuaian parameter yang baik (lihat di bawah).

Sebagai gantinya, model yang menerapkan merger bintang neutron jauh lebih kuat untuk ketidakpastian teoretis dan berhasil menghasilkan elemen proses-r. Tanda tanya tampaknya hanya melebihi frekuensi mereka di berbagai waktu dalam evolusi galaksi dan persis berapa banyak materi yang diperkaya dikeluarkan.

Pengumuman GW170817 membuat ini semua lebih masuk akal. Penggabungan bintang neutron telah terlihat. Perilaku emisi optik dan inframerah setelah acara tersebut sesuai dengan harapan penggabungan model bintang neutron (misalnya Pian dkk. 2017 ; Tanvir dkk. 2017 ). Dari catatan khusus adalah opacity berkembang dan memudar dalam warna biru dan terlihat, dengan spektrum menjadi didominasi oleh inframerah dengan fitur spektral yang luas. Ini adalah harapan untuk awan material yang berkembang yang sangat tercemar oleh keberadaan lantanida dan elemen proses-r lainnya ( Chornock et al. 2017 ). Kesepakatan yang masuk akal antara pengamatan dan model menunjukkan bahwa memang sejumlah besar elemen proses-r dihasilkan dalam ledakan ini.

Untuk pergi dari sana ke klaim bahwa asal emas terpecahkan (seperti yang diklaim dalam konferensi pers) adalah langkah yang terlalu jauh. Jumlah bahan r-proses yang dihasilkan memiliki ketidakpastian besar dan tergantung pada model. Laju merger hanya dibatasi sekitar urutan besarnya di alam semesta lokal dan tidak diukur / diketahui di alam semesta awal. Apa yang bisa dikatakan adalah bahwa saluran ini untuk produksi r-proses telah diamati secara langsung dan karenanya harus diperhitungkan.

Di sisi lain, proses r-produksi oleh saluran supernova belum dikesampingkan. Beberapa simulasi setidaknya, yang melibatkan rotasi dan medan magnet tampaknya masih "dalam permainan" (misalnya Nishimura et al. 2016 ). Bisa jadi bahwa kehadiran bahan r-proses yang signifikan dalam bintang yang sangat miskin logam membutuhkan saluran supernova, karena penggabungan bintang neutron membutuhkan waktu yang cukup lama untuk terjadi (misalnya Cescutti dkk. 2015 ; Cote dkk. 2017 ) .

Gambaran keseluruhan masih belum pasti. Sebuah tinjauan oleh Siegel (2019) menyimpulkan bahwa yang paling sesuai dengan bukti yang tersedia adalah bahwa beberapa jenis langka supernova runtuh inti (dikenal sebagai "collapsars") masih merupakan taruhan terbaik untuk menjelaskan elemen-elemen proses r Bima Sakti. Bukti utama untuk ini adalah adanya peningkatan Europium (elemen r-proses) di beberapa bintang halo yang sangat tua dan tren umum penurunan Eu / Fe dengan meningkatnya Fe, menunjukkan tempat produksi yang lebih mirip unsur alfa untuk r -process - yaitu supernova.