Egy friss vizsgálat szerint az ilyen összeolvadások nyomán az elmúlt 2,5 milliárd évben jelentősen több nehézelem jött létre, mint a neutroncsillagok és fekete lyukak ütközésekor.

A legtöbb vasnál könnyebb elem csillagok magjában keletkezik. A magban a hidrogénatomok először héliumatomokká fuzionálnak, majd ahogy elfogy a hidrogén, egyre nehezebb elemek jönnek létre, egészen a vasig. Az ennél nehezebb elemek, az arany, a platina és a többi keletkezése azonban ennél is nagyobb energiát igényel. Az MIT és a New Hampshire-i Egyetem kutatóinak új vizsgálata szerint abból a két forrásból, amit egy ideje már a nehézelemek keletkezése mögött sejtenek, az egyik sokkal „bőkezűbb”, mint a másik.

Az Astrophysical Journal Letters oldalain közzé tett tanulmány szerzői szerint az elmúlt 2,5 milliárd évben sokkal több nehézelem keletkezett neutroncsillagok összeolvadásakor, mint neutroncsillagok és fekete lyukak egyesülése nyomán. A kérdéses tanulmány az első, amely összeveti a két folyamatot ilyen szempontból, és eredményei azt sugallják, hogy a ma létező nehézelemek elsődleges forrásai ütköző neutroncsillagok.

A csillagokra visszatérve, ahogy már említettük, ezek magjában a vasig megoldott az elemek fúzióval való képződése. 26 proton egymáshoz kapcsolódása felett azonban ebben a környezetben energetikailag hatékonyságát veszti a folyamat. A kutatók hosszú ideje úgy sejtették, hogy talán a szupernóvák lehetnek az egyik lehetséges forrásai az ennél nehezebb elemeknek. Amikor egy nagytömegű csillag felrobban, a magjából származó vas elvileg további elemekkel fuzionálhat, nehezebb elemeket hozva létre.

2017-ben azonban egy még ígéretesebb forrás létezését sikerült megerősíteni. A LIGO és a Virgo gravitációshullám-obszervatóriumok révén igazolást nyert, hogy léteznek egymással ütköző neutroncsillagok. Az egyik elsőként észlelt összeolvadás ráadásul látható fényjelenséget is produkált a gravitációs hullámokon kívül, amelyben azonosíthatóak voltak egyes nehézelemek. Az ütközésben például több földtömegnyi arany képződött, ami teljesen megváltoztatta a nehézelemek keletkezéséről alkotott korábbi képet. Világossá vált, hogy a neutroncsillag-összeolvadások sokkal hatékonyabb „kohói” a nehézelemeknek, mint a szupernóvák.

Hsin-Yu Chen, Salvatore Vitale és Francois Foucart ennek nyomán kezdett vizsgálódni abba az irányba, hogy vajon mi a helyzet a neutroncsillagok és a fekete lyukak összeolvadásával hatékonysági szempontból. Ezeket az ütközéseket ugyanis szintén jelentős nehézelem-gyárakként képzelték el a kutatók. Az elmélet az volt, hogy a neutroncsillag jelentős mennyiségű nehézelemet köthet ki magából, mielőtt anyagát bekebelezné a fekete lyuk. Annak megállapításához, hogy melyik folyamatban képződhet a legtöbb nehézelem, a kutatók a gravitációshullám-obszervatóriumok megfigyeléseit vették alapul.

A vizsgálatok során meghatározták az összeolvadó objektumok tömegét és a fekete lyukak forgási sebességét. Erre azért volt szükség, mert ha a fekete lyuk túl nagy tömegű vagy túl lassú, akkor elméletileg még azelőtt bekebelezheti a neutroncsillagot, hogy a nehézelemeknek esélyük lenne létrejönni és elszökni. Ezen túl a neutroncsillagok integritását, és az egyes összeolvadások előfordulásának gyakoriságát is megbecsülték.

Mindezek alapján a kutatók számításai szerint neutroncsillag-összeolvadásokban 2–100-szor annyi nehézelem képződik, mint neutroncsillagok és fekete lyukak összeolvadása nyomán. A becslés meglehetősen tág intervallumot ad meg, de az elég egyértelműnek tűnik belőle, hogy az utóbbi évmilliárdokban ezen eseményekből származott a nehézelemek többsége. A gravitációshullám-obszervatóriumok következő években várható újabb észlelései várhatóan rövidesen segíthetnek pontosítani, hogy milyen mértékű az ütköző neutroncsillagok dominanciája a nehézelem-gyártásban.

Forrás: ipon.hu / news.mit.edu / iopscience.iop.org