Новые особенности нуклеосинтеза в r-процессе проливают свет на происхождение тяжелых элементов

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

Происхождение элементов тяжелее железа — один из ключевых вопросов в физическом сообществе. В результате термоядерного синтеза в звездах образуются элементы вплоть до железа, а более тяжелые элементы не могут быть получены из-за кулоновского отталкивания. Однако во взрывной среде температура и плотность могут быть достаточными для их образования. Считается, что в результате r-процесса, происходящего в такой среде, образуется около половины элементов тяжелее железа.

В 2017 году обнаружение гравитационной волны и ее послесвечения от события слияния нейтронных звезд GW081708 впервые однозначно подтвердило возникновение r-процесса. Однако последующие исследования поставили под сомнение тот факт, что слияние нейтронных звезд является единственным местом r-процесса, так как обилие лантанидов, образующихся при слиянии нейтронных звезд, значительно меньше того, что наблюдалось в бедных металлами звездах.

Поэтому роль других объектов, таких как коллапсары и магнитогидродинамические сверхновые, в r-процессе должна быть незаменимой.

Доктор Цзинь Шилунь из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и его сотрудник из Техниона (Израиль) впервые представили особенности r-процесса в новом объекте CEJSNe.

CEJSNe относится к остатку нейтронной звезды после сверхновой и красному сверхгиганту из поздней фазы массивной бинарной системы. Красный сверхгигант расширяется и поглощает нейтронную звезду, которая по спирали входит в оболочку красного сверхгиганта, а затем в его ядро. Войдя в ядро, нейтронная звезда с очень высокой скоростью накапливает массу через аккреционный диск, а возникающие при этом энергичные и плотные струи могут обеспечить подходящие условия для нуклеосинтеза в r-процессе.

Ученые показали, что CEJSNe может производить самые богатые элементы тяжелее лантаноидов среди существующих сценариев r-процесса. Сравнивая Log(Xla) с Log(Ir/Eu), которая является новой величиной, показывающей относительную силу лантанидов и элементов в третьем пике, они обнаружили антикорреляцию между CEJSNe и другими моделями r-процесса.

«Этот вывод означает, что обилие лантанидов и более тяжелых элементов не может быть получено за одно событие, что является критической особенностью для дальнейших исследований r-процесса. CEJSNe также имеет решающее значение для объяснения характеристик бедных металлами звезд с усиленным r-процессом», — говорит доктор Джин.

Эта работа не только прокладывает новый путь к лучшему пониманию секретов, скрытых в r-процессе, но и направляет экспериментаторов для проведения различных измерений».

Поскольку экзотические изотопы из ускорителя высокой интенсивности (HIAF) скоро будут доступны в Китае, ожидается, что ключевые ядерные свойства, относящиеся к r-процессу в CEJSNe, будут раскрыты.