Quando a humanidade finalmente detectou o colisão entre dois nêutrons estrelas em 2017, confirmamos uma teoria de longa data: nos fogos de pujança dessas incríveis explosões, elementos mais pesados ​​que o ferro são forjados.

logo pensamos ter uma resposta para a questão de uma vez que esses elementos, incluindo ouro, se espalham pelo Universo.

Mas uma novidade estudo revelou um problema. De concordância com novos modelos de evolução química galáctica, as colisões de estrelas de nêutrons nem mesmo produzem a exuberância de elementos pesados ​​encontrados na Via Láctea hoje.

“As fusões de estrelas de nêutrons não produziram elementos pesados ​​suficientes na primeira vida do Universo, e ainda não o fazem agora, 14 bilhões de anos depois”, disse a astrofísica Amanda Karakas da Monash University e do ARC Centre of Excellence para todas as astrofísicas tridimensionais do fundamento (planeta 3D) na Austrália.

“O Universo não os tornou rápidos o suficiente para explicar sua presença em estrelas muito velhas e, em universal, simplesmente não há colisões suficientes para explicar a exuberância desses elementos hoje.”

As estrelas são as forjas que produzem a maioria dos elementos do Universo. No início do Universo, depois que a sopa de quark primordial resfriou o suficiente para se fundir em material, ela se formou hidrogênio e hélio – Eles ainda são os dois elementos mais abundantes no Universo.

As primeiras estrelas formadas à medida que a seriedade unia grupos desses materiais. Nas fornalhas de fusão nuclear de seus núcleos, essas estrelas forjaram hidrogênio em hélio; em seguida, carbono hélio; e assim por diante, fundindo elementos cada vez mais pesados ​​à medida que acabam os mais leves até que o ferro seja produzido.

O próprio ferro lata fundir, mas consome grandes quantidades de pujança, mais do que esta fusão produz, logo um núcleo de ferro é o ponto final.

“Podemos pensar nas estrelas uma vez que panelas de pressão gigantes onde novos elementos são criados,” Ele disse caracas. “As reações que causam esses elementos também fornecem a pujança que mantém as estrelas brilhando por bilhões de anos. Conforme as estrelas envelhecem, elas produzem elementos cada vez mais pesados ​​conforme sua segmento interna se aquece.” .

Para gerar elementos mais pesados ​​que o ferro (uma vez que ouro, prata, tório e urânio), o processo rápido de conquista de nêutrons ou processo r, É necessário. Isso pode ocorrer em explosões realmente energéticas, que geram uma série de reações nucleares nas quais núcleos atômicos colidem com nêutrons para sintetizar elementos mais pesados ​​que o ferro.

Mas deve sobrevir muito rapidamente, para que o decaimento radioativo não tenha tempo de ocorrer antes que mais nêutrons sejam adicionados ao núcleo.

Agora sabemos que a explosão de kilonova gerada por uma colisão de estrelas de nêutrons é um envolvente suficientemente energético para que o processo r ocorra. Isso não está em questão. Mas para produzir as quantidades desses elementos mais pesados ​​que observamos, precisaríamos de uma frequência mínima de colisões de estrelas de nêutrons.

Para desvendar as fontes desses elementos, os pesquisadores construíram modelos de evolução química galáctica para todos os elementos estáveis, do carbono ao urânio, usando as mais atuais observações astrofísicas e abundâncias químicas disponíveis na Via Láctea. Eles incluem rendimentos teóricos de nucleossíntese e taxas de eventos.

(Chiaki Kobayashi et al.; Sahm Keily)

Eles exibiram seus trabalhos em uma tábua periódica mostrando as origens dos elementos que modelaram. E, entre suas descobertas, eles descobriram que a frequência das colisões de estrelas de nêutrons estava faltando, desde o universo primitivo até agora. Em vez disso, eles acreditam que um tipo de supernova pode ser o responsável.

Estes são chamados supernovas magnetorotacionaise ocorrem quando o núcleo de uma estrela massiva de rotação rápida com um poderoso campo magnético entra em colapso. Estes são também pensado para ser energético o suficiente para que o processo ocorra r. Se uma pequena porcentagem de supernovas de estrelas entre 25 e 50 massas solares são magnetorrotacionais, isso pode fazer diferença.

“Mesmo as estimativas mais otimistas da frequência de colisão de estrelas de nêutrons simplesmente não podem explicar a grande exuberância desses elementos no Universo,” disse Caracas. “Foi uma surpresa. Parece que as supernovas girando com fortes campos magnéticos são a manancial real da maioria desses elementos.”

Pesquisas anteriores encontraram um tipo de supernova chamada supernova em colapso também pode produzir elementos pesados. É quando uma estrela em rotação rápida de mais de 30 massas solares passa em uma supernova antes de colapsar em um buraco preto. Eles são considerados muito mais raros do que as colisões de estrelas de nêutrons, mas podem contribuir para isso, combinando perfeitamente com as outras descobertas da equipe.

Eles descobriram que estrelas com menos volume do que muro de oito massas solares produzem carbono, nitrogênio, flúor e muro de metade de todos os elementos mais pesados ​​que o ferro. Estrelas com mais de oito massas solares produzem a maior segmento do oxigênio e do cálcio necessários para a vida, muito uma vez que a maioria dos outros elementos entre o carbono e o ferro.

“Além do hidrogênio, não há um único elemento que possa ser constituído de somente um tipo de estrela.” explicou o astrofísico Chiaki Kobayashi da Universidade de Hertfordshire no Reino uno.

“Metade do carbono é produzida a partir de estrelas moribundas de baixa volume, mas a outra metade vem de supernovas. E metade do ferro vem de supernovas normais de estrelas massivas, mas a outra metade precisa de uma forma dissemelhante, conhecida uma vez que supernova do tipo Ia. Ocorre em sistemas estelares binários de baixa volume. “

Isso não significa necessariamente que a estimativa 0,3 por cento do ouro e platina da terreno rastreada até uma colisão de estrelas de nêutrons há 4,6 bilhões de anos tem uma história de origem dissemelhante. Não é necessariamente toda a história.

Mas nós só detectamos ondas gravitacionais por cinco anos. Pode ser, à medida que nosso equipamento e nossas técnicas melhoram, descobrimos que as colisões de estrelas de nêutrons são muito mais freqüentes do que pensamos que são atualmente.

Curiosamente, os modelos dos pesquisadores também revelaram ser mais prata do que o observado e menos ouro. Isso sugere que um pouco precisa ser mudado. Talvez sejam os cálculos. Ou talvez haja alguns aspectos da nucleossíntese estelar que ainda precisamos entender.

A pesquisa foi publicada em The Astrophysical Journal.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!