เมื่อมนุษยชาติตรวจพบในที่สุดการชนกันระหว่างนิวตรอนสองตัวในปี 2560 เราได้ยืนยันทฤษฎีที่มีมายาวนาน - ในไฟอันทรงพลังของการระเบิดอันเหลือเชื่อเหล่านี้ธาตุที่หนักกว่าเหล็กถูกหลอมขึ้นมา-
ดังนั้นเราจึงคิดว่าเรามีคำตอบสำหรับคำถามที่ว่าองค์ประกอบเหล่านี้ รวมถึงทองคำ แพร่กระจายไปทั่วจักรวาลได้อย่างไร
แต่การวิเคราะห์ใหม่เผยให้เห็นปัญหา ตามแบบจำลองวิวัฒนาการทางเคมีของดาราจักรใหม่ดาวนิวตรอนการชนกันไม่ได้เกือบจะก่อให้เกิดธาตุหนักจำนวนมหาศาลที่พบในดาราจักรทางช้างเผือกในปัจจุบันด้วยซ้ำ
“การควบรวมดาวนิวตรอนไม่ได้ก่อให้เกิดธาตุที่หนักเพียงพอในช่วงแรกๆ ของเอกภพ และตอนนี้ก็ยังสร้างไม่ได้อีก 14 พันล้านปีต่อมา”นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ อแมนดา คารากัส กล่าวของมหาวิทยาลัย Monash และ ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) ในออสเตรเลีย
จักรวาลไม่ได้ทำให้มันเร็วพอที่จะคำนึงถึงการมีอยู่ของพวกมันในดาวฤกษ์ที่มีอายุเก่าแก่มาก และโดยรวมแล้ว มีการชนกันไม่เพียงพอที่จะอธิบายองค์ประกอบเหล่านี้ที่มีอยู่มากมายในปัจจุบันนี้
ดวงดาวเป็นเตาหลอมที่สร้างองค์ประกอบส่วนใหญ่ในจักรวาล ในจักรวาลยุคแรกเริ่ม หลังจากที่ซุปควาร์กดึกดำบรรพ์เย็นลงพอที่จะรวมตัวกันเป็นสสาร มันก็ก่อตัวขึ้นไฮโดรเจนและฮีเลียม- ยังคงเป็นสององค์ประกอบที่มีมากที่สุดในจักรวาล
ดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงดึงกลุ่มวัสดุเหล่านี้มารวมกัน ในนิวเคลียร์ฟิวชันเตาหลอมที่แกนกลางของมัน ดาวเหล่านี้หลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม จากนั้นฮีเลียมก็กลายเป็นคาร์บอน และอื่นๆ โดยหลอมรวมธาตุที่หนักกว่าและหนักกว่าเมื่อธาตุที่เบากว่าหมดจนกระทั่งมีการผลิตเหล็ก
เหล็กนั่นเองสามารถฟิวส์ แต่ใช้พลังงานจำนวนมหาศาล - มากกว่าที่ฟิวชันจะผลิตได้ - ดังนั้นแกนเหล็กจึงเป็นจุดสิ้นสุด
"เราสามารถมองดาวฤกษ์ว่าเป็นหม้ออัดความดันขนาดยักษ์ที่ซึ่งองค์ประกอบใหม่ๆ ถูกสร้างขึ้น"คารากัสกล่าวว่า- ปฏิกิริยาที่ทำให้ธาตุเหล่านี้ยังให้พลังงานที่ทำให้ดาวฤกษ์ส่องสว่างเป็นเวลาหลายพันล้านปี เมื่อดาวอายุมากขึ้น พวกมันจะผลิตธาตุที่หนักขึ้นเรื่อยๆ เมื่อภายในของพวกมันร้อนขึ้น"
ในการสร้างธาตุที่หนักกว่าเหล็ก เช่น ทองคำ เงิน ทอเรียม และยูเรเนียม จะต้องอาศัยกระบวนการจับนิวตรอนอย่างรวดเร็ว หรือr-กระบวนการ, จำเป็น สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นในการระเบิดที่มีพลังมากซึ่งก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายชุดโดยนิวเคลียสของอะตอมชนกับนิวตรอนเพื่อสังเคราะห์ธาตุที่หนักกว่าเหล็ก
แต่มันจะต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อที่ว่าการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีจะไม่มีเวลาเกิดขึ้นก่อนที่จะมีการเพิ่มนิวตรอนเข้าไปในนิวเคลียส
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าการระเบิดกิโลโนวาที่เกิดจากการชนกันของดาวนิวตรอนนั้นเป็นสภาพแวดล้อมที่มีพลังเพียงพอสำหรับกระบวนการ r ที่จะเกิดขึ้น นั่นไม่อยู่ภายใต้ข้อพิพาท แต่เพื่อที่จะสร้างปริมาณของธาตุที่หนักกว่าที่เราสังเกตได้ เราจำเป็นต้องมีความถี่ขั้นต่ำในการชนกันของดาวนิวตรอน
เพื่อหาแหล่งที่มาขององค์ประกอบเหล่านี้ นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองวิวัฒนาการทางเคมีของดาราจักรสำหรับองค์ประกอบเสถียรทั้งหมดตั้งแต่คาร์บอนไปจนถึงยูเรเนียม โดยใช้การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ทันสมัยที่สุดและปริมาณสารเคมีในทางช้างเผือกที่มีอยู่ พวกเขารวมผลผลิตการสังเคราะห์นิวคลีโอซินตามทฤษฎีและอัตราเหตุการณ์
(ชิอากิ โคบายาชิ และคณะ; ซาห์ม คีลี่)
พวกเขาวางงานของพวกเขาในตารางธาตุที่แสดงต้นกำเนิดขององค์ประกอบที่พวกเขาสร้างแบบจำลอง และจากการค้นพบของพวกเขา พวกเขาพบว่าความถี่ในการชนกันของดาวนิวตรอนยังขาดไปตั้งแต่จักรวาลแรกเริ่มจนถึงปัจจุบัน แต่พวกเขาเชื่อว่าซูเปอร์โนวาประเภทหนึ่งสามารถรับผิดชอบได้
สิ่งเหล่านี้เรียกว่าซูเปอร์โนวาแม่เหล็กหมุนรอบและเกิดขึ้นเมื่อแกนกลางของดาวฤกษ์มวลมากที่หมุนรอบเร็วและมีสนามแม่เหล็กแรงพังทลายลง เหล่านี้ก็เช่นกันคิดว่าจะมีพลังเพียงพอเพื่อให้กระบวนการ r เกิดขึ้น หากซูเปอร์โนวาของดาวฤกษ์ที่มีมวลระหว่าง 25 ถึง 50 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อยนั้นสามารถหมุนด้วยสนามแม่เหล็กได้ นั่นก็สามารถสร้างความแตกต่างได้
แม้แต่การประมาณความถี่การชนกันของดาวนิวตรอนในแง่ดีที่สุดก็ไม่สามารถอธิบายความมีอยู่มากมายขององค์ประกอบเหล่านี้ในจักรวาลได้คารากัสกล่าว- “นี่เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ ดูเหมือนว่าซุปเปอร์โนวาที่กำลังหมุนอยู่ซึ่งมีสนามแม่เหล็กแรงสูงจะเป็นแหล่งกำเนิดขององค์ประกอบส่วนใหญ่เหล่านี้”
การวิจัยก่อนหน้านี้พบซูเปอร์โนวาประเภทหนึ่งที่เรียกว่าซูเปอร์โนวาคอลลัปซาร์ยังสามารถผลิตธาตุหนักได้- นี่คือตอนที่ดาวฤกษ์ที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วซึ่งมีมวลมากกว่า 30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์กลายเป็นซูเปอร์โนวาก่อนที่จะยุบตัวลงไปเป็น aหลุมดำ- สิ่งเหล่านี้คิดว่าหายากกว่าการชนกันของดาวนิวตรอนมาก แต่พวกมันอาจเป็นตัวการได้ ซึ่งเข้ากันได้อย่างลงตัวกับการค้นพบอื่นๆ ของทีม
พวกเขาพบว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์ประมาณ 8 เท่าจะผลิตคาร์บอน ไนโตรเจน ฟลูออรีน และธาตุประมาณครึ่งหนึ่งหนักกว่าเหล็ก ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ผลิตออกซิเจนและแคลเซียมส่วนใหญ่ที่จำเป็นสำหรับชีวิต เช่นเดียวกับองค์ประกอบที่เหลือส่วนใหญ่ระหว่างคาร์บอนและเหล็ก
นอกเหนือจากไฮโดรเจนแล้ว ไม่มีองค์ประกอบใดที่สามารถก่อตัวขึ้นได้ด้วยดาวประเภทเดียวเท่านั้นอธิบายให้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ชิอากิ โคบายาชิ ฟังของมหาวิทยาลัยฮาร์ตฟอร์ดเชียร์ ในสหราชอาณาจักร
คาร์บอนครึ่งหนึ่งผลิตจากดาวฤกษ์มวลน้อยที่กำลังจะตาย แต่อีกครึ่งหนึ่งมาจากซุปเปอร์โนวา และครึ่งหนึ่งของเหล็กมาจากซุปเปอร์โนวาปกติของดาวมวลสูง แต่อีกครึ่งหนึ่งต้องการรูปแบบอื่นที่เรียกว่า ซุปเปอร์โนวาประเภท Ia สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้น ในระบบดาวคู่มวลต่ำ"
ซึ่งไม่ได้หมายความว่าจะประมาณค่าไว้เสมอไป0.3 เปอร์เซ็นต์ของทองคำและแพลทินัมของโลกย้อนไปถึงการชนกันของดาวนิวตรอนเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน มีเรื่องราวต้นกำเนิดที่แตกต่างออกไป มันไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องราวทั้งหมด
แต่เราเพิ่งตรวจพบเท่านั้นคลื่นความโน้มถ่วงเป็นเวลาห้าปี ขณะที่อุปกรณ์และเทคนิคของเราปรับปรุง อาจเป็นไปได้ว่าการชนกันของดาวนิวตรอนเกิดขึ้นบ่อยกว่าที่เราคิดไว้มากในเวลาปัจจุบัน
น่าแปลกที่แบบจำลองของนักวิจัยยังให้เงินมากกว่าที่สังเกตและมีทองคำน้อยกว่า นั่นแสดงว่ามีบางสิ่งที่ต้องได้รับการปรับแต่ง บางทีมันอาจจะเป็นการคำนวณ หรือบางทีอาจมีบางแง่มุมของการสังเคราะห์นิวเคลียสของดวงดาวที่เรายังไม่เข้าใจ
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-
