Des fusions d'étoiles à neutrons binaires sont-elles nécessaires pour expliquer l'abondance d'or?

L'actualité NPR Les astronomes frappent l'or gravitationnel dans les étoiles à neutrons en collision mentionnent et citent " Daniel Kasen , astrophysicien théorique à l'Université de Californie, Berkeley:"

Il a passé des nuits tardives à regarder les données arriver et dit que les étoiles en collision ont craché un gros nuage de débris.

"Ces débris sont des trucs étranges. C'est de l'or et du platine, mais ils sont mélangés avec ce que vous appelleriez juste des déchets radioactifs ordinaires, et il y a ce gros nuage de déchets radioactifs qui commence à se multiplier à partir du site de fusion", a déclaré Kasen. "Il commence petit, à peu près la taille d'une petite ville, mais il se déplace si vite - à quelques dixièmes de la vitesse de la lumière - qu'après une journée, c'est un nuage de la taille du système solaire."

Selon ses estimations, cette collision d'étoiles à neutrons a produit environ 200 masses terrestres d'or pur, et peut-être 500 masses terrestres de platine. "C'est une quantité ridiculement énorme à l'échelle humaine", dit Kasen. Il a personnellement une bague de mariage en platine et note que "c'est fou de penser que ces choses qui semblent très éloignées et un peu exotiques ont un impact sur le monde et nous de manière intime."

La fusion des binaires des étoiles à neutrons a-t-elle été nécessaire pour expliquer l' abondance des éléments lourds tels que l'or et le platine, ou s'agit-il simplement d'un élément anecdotique? Quelle est l'importance des étoiles à neutrons binaires pour l'abondance d'éléments lourds tels que l'or? Y a-t-il un article particulier ou notable que je peux lire à ce sujet?

J'ai déjà lu cette réponse mais je cherche une meilleure explication de la nécessité de ce type de fusion pour expliquer les abondances. Je suis à peu près sûr qu'il n'y a rien dans les événements de rayons gamma observés qui montre des raies spectrales d'or ou tout élément lourd identifiable (en raison de l'incroyable élargissement Doppler), donc la connexion doit en fait provenir de simulations.

La création de certains éléments riches en neutrons très lourds, comme l'or et le platine, nécessite la capture rapide de neutrons. Cela ne se produira que dans des conditions explosives denses où la densité de neutrons libres est grande. Pendant longtemps, les théories et les sites concurrents pour le processus r ont été à l'intérieur des supernovae d'effondrement du cœur et lors de la fusion des étoiles à neutrons.

Ma compréhension est qu'il est devenu de plus en plus difficile pour les supernovae de produire (dans les modèles théoriques) suffisamment d'éléments du processus r pour correspondre à la fois à la quantité et aux ratios d'abondance détaillés des éléments du processus r dans le système solaire (voir par exemple Wanajo et al.2011 ; Arcones et Thielmann 2012 ). Les conditions requises, en particulier un environnement très riche en neutrons dans les vents entraînés par les neutrinos, ne sont tout simplement pas présentes sans le réglage fin des paramètres (voir ci-dessous).

Au lieu de cela, les modèles invoquant des fusions d'étoiles à neutrons sont beaucoup plus robustes aux incertitudes théoriques et produisent avec succès des éléments du processus r. Le point d'interrogation semble ne concerner que leur fréquence à différents moments de l'évolution d'une galaxie et la quantité exacte de matière enrichie éjectée.

L'annonce de GW170817 rend tout cela plus plausible. Une fusion d'étoiles à neutrons a été observée. Le comportement de l'émission optique et infrarouge après l'événement correspond aux attentes de fusion des modèles d'étoiles à neutrons (par exemple Pian et al. 2017 ; Tanvir et al. 2017 ). Il convient de noter en particulier l'opacité en développement et la décoloration dans le bleu et le visible, le spectre étant dominé par l'infrarouge avec de larges caractéristiques spectrales. C'est l'attente d'un nuage en expansion de matériaux fortement pollués par la présence de lanthanides et d'autres éléments du processus r ( Chornock et al.2017 ). L'accord raisonnable entre les observations et les modèles suggère qu'en effet une grande quantité d'éléments du processus r a été produite dans cette explosion.

Aller de là à l'affirmation que l'origine de l'or est résolue (comme le prétend la conférence de presse) est un pas trop loin. La quantité de matériau issu du processus r produit présente de grandes incertitudes et dépend du modèle. Le taux de fusions n'est limité qu'à environ un ordre de grandeur dans l'univers local et n'est pas mesuré / connu dans l'univers primitif. Ce qui pourrait être dit, c'est que ce canal de production de processus r a été directement observé et doit donc être pris en compte.

En revanche, la production de processus r par la chaîne supernova n'est pas encore exclue. Certaines simulations impliquant au moins la rotation et les champs magnétiques semblent toujours "dans le jeu" (par exemple Nishimura et al. 2016 ). Il se pourrait que la présence de matériaux significatifs issus du processus r dans de très vieilles étoiles pauvres en métaux nécessite un canal de supernova, car la fusion des étoiles à neutrons prend beaucoup de temps (par exemple Cescutti et al.2015 ; Cote et al.2017 ) .

L'image globale est encore incertaine. Une revue de Siegel (2019) conclut que la meilleure adéquation avec les preuves disponibles est que certains types rares de supernovae d'effondrement de noyau (appelés «collapsars») sont toujours le meilleur pari pour expliquer les éléments du processus r de la Voie lactée. La principale preuve de cela est la présence d'améliorations d'Europium (un élément du processus r) dans certaines étoiles halo très anciennes et la tendance générale à la diminution de Eu / Fe avec l'augmentation de Fe, suggérant un site de production plus semblable à un élément alpha pour le r -process - c'est-à-dire supernovae.