Новые особенности r-процесса нуклеосинтеза проливают свет на происхождение тяжелых элементов

Художественное представление сверхновых с общей оболочкой. Автор: IMP

В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, ученые предложили особенности нуклеосинтеза быстрого процесса захвата нейтронов (r-процесс) в новом сценарии: сверхновые с общей оболочкой (CEJSNe). Исследование проливает новый свет на происхождение элементов, особенно за пределами лантаноидов.

Происхождение элементов тяжелее железа является одним из ключевых вопросов в физическом сообществе. Термоядерный синтез в звездах производит элементы вплоть до железа, в то время как более тяжелые элементы не могут быть получены из-за кулоновского отталкивания. Однако взрывная среда может обеспечить достаточную температуру и плотность для их образования. Считается, что r-процесс, происходящий в такой среде, производит около половины элементов тяжелее железа.

В 2017 году открытие гравитационной волны и ее послесвечения события слияния нейтронных звезд GW081708 впервые однозначно подтвердило наличие r-процесса. Однако последующие исследования поставили под сомнение тот факт, что слияние нейтронных звезд является единственным местом r-процесса, поскольку обилие лантаноидов, образующихся в результате слияния нейтронных звезд, значительно меньше того, что наблюдается в звездах с низким содержанием металлов.

Поэтому роли других объектов, таких как коллапсары и магнитогидродинамические сверхновые, должны быть незаменимыми в r-процессе.

Доктор Цзинь Шилун из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и его коллега из Техниона, Израиль, впервые представили особенности r-процесса на новом сайте CEJSNe.

CEJSNe относится к нейтронной звезде, остатку сверхновой и красному сверхгиганту из поздней фазы массивной двойной системы. Красный сверхгигант расширяется и поглощает нейтронную звезду, которая закручивается по спирали внутри оболочки красного сверхгиганта, а затем внутри его ядра. После попадания в ядро нейтронная звезда аккрецирует массу через аккреционный диск с очень высокой скоростью, а энергичные и плотные струи, которые при этом образуются, могут обеспечить надлежащие условия для r-процесса нуклеосинтеза.

Ученые показали, что CEJSNe может производить самые распространенные элементы тяжелее лантаноидов среди текущих сценариев r-процесса. Сравнивая Log(Xla) с Log(Ir/Eu), что является новой величиной для отображения относительной силы лантаноидов и элементов в третьем пике, они обнаружили антикорреляцию между CEJSNe и другими моделями r-процесса.

«Это открытие означает, что обильные лантаноиды и более тяжелые элементы не могут быть получены в одном событии, что было бы важнейшей особенностью для дальнейшего исследования r-процесса. CEJSNe также имеет решающее значение для объяснения характеристик r-усиленных бедных металлами звезд», - сказал доктор Джин.

Эта работа не только прокладывает новый путь к лучшему пониманию секретов, скрытых в r-процессе, но и служит руководством для экспериментаторов при проведении различных измерений.

Поскольку экзотические изотопы из установки высокоинтенсивного ускорителя (HIAF) скоро станут доступны в Китае, ожидается, что будут раскрыты ключевые ядерные свойства, имеющие отношение к r-процессу в CEJSNe.

Больше информации: Shilun Jin et al, Robust r-process Nucleosynthesis beyond Lanthanides in the Common Envelop Jet Supernovae, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5f8e

Источник: Chinese Academy of Sciences