Kollidierende Neutronensterne machen nicht genug Gold, um zu erklären, was wir im Universum sehen

Am Anfang hat das Universum drei Elemente geschaffen: Wasserstoff, Helium und Lithium. Es gibt nicht viel, was Sie mit diesen einfachen Elementen machen können, außer sie durch die Schwerkraft in Sterne, Galaxien und Schwarze Löcher kollabieren zu lassen. Aber Sterne haben die Macht der Alchemie. In ihrem Herzen können sie diese Elemente zu neuen verschmelzen. Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und andere bis hin zum schweren Element Eisen. Als diese ersten Sterne explodierten, verstreuten sie die neuen Elemente über den Kosmos und schufen Planeten, neue Sterne und sogar uns.

Es ist ein tiefer Gedanke zu erkennen, dass wir die Kinder von Sternen sind. Aber diese Ansicht ist auch zu einfach. Nur die massereichsten Sterne explodieren als brillante Supernovae, und viele der schwereren Elemente, die bei der Explosion entstehen, werden nicht zerstreut. Nur die Hälfte des Kohlenstoffs, den wir sehen, stammt von Supernovae. Die andere Hälfte stammt von Sternen mit geringerer Masse, die sich beim Sterben zu roten Riesen ausdehnen. Ein Großteil des Eisens, das wir sehen, stammt von Supernovae vom Typ Ia, nicht vom häufigeren Kernkollaps-Typ.

Dann gibt es den Ursprung der Elemente, die schwerer als Eisen sind. In den üblichen Fusionszyklen von Sternen können keine Elemente des Periodensystems jenseits von Eisen hergestellt werden, da ihre Erzeugung dem Stern Energie raubt, anstatt Energie zurückzugeben. Es wurde lange angenommen, dass diese schwereren Elemente wie Silber und Gold entstehen, wenn zwei dichte Neutronensterne kollidieren. Das Gold Ihres Eheringes entsteht durch die Verschmelzung zweier Sterne zu einem.

Die astrophysikalischen Ursprünge des Periodensystems. Bildnachweis: Chiaki Kobayashi et al., Bildmaterial: Sahm Keily

Während die kosmische Geschichte der Elemente größtenteils korrekt ist, stellt eine neue Studie fest, dass die Details noch viele Geheimnisse enthalten. In dieser Arbeit untersuchte das Team die verschiedenen Möglichkeiten, wie jedes stabile Element von Kohlenstoff bis Uran in der Galaxie hergestellt werden kann. Sie leiteten eine Evolutionskette ab, berechneten die theoretische Häufigkeit jedes Elements und verglichen dann ihr Modell mit den beobachteten Häufigkeiten in unserer Galaxie.

Ihr Modell funktionierte besonders gut für die Elemente durch Eisen, aber sie fanden heraus, dass unsere Standardannahmen die schwereren Elemente nicht berücksichtigen können. Insbesondere angesichts der vergangenen und aktuellen Rate von Neutronenstern-Kollisionen ist die Menge an schweren Elementen, die sie produzieren können, geringer als das, was wir beobachten. Viele der schweren Elemente müssen in seltenen Supernovae gebildet werden, die auftreten, wenn ein sich schnell drehender Stern beim Zusammenbruch ein starkes Magnetfeld erzeugt. Im Allgemeinen stellten sie fest, dass alle Elemente auf verschiedene Weise hergestellt werden. Es gibt keinen astrophysikalischen Prozess, durch den Kohlenstoff, Eisen oder Uran hergestellt wird.

Die Studie warf auch ein Rätsel über die Herkunft von Gold auf. Ihr Modell kann die meisten Abundanzen erklären, aber ihr Modell kann nicht die Menge an Gold erklären, die wir in der Galaxie sehen. Die Verschmelzung von Neutronensternen produziert Gold, aber es muss noch einen anderen Prozess geben, den wir noch nicht verstehen.

Im Laufe der Geschichte wurde Gold als ein fast magisches Material angesehen, das formbar, leicht zu schmieden und von ewigem Glanz ist. Dieses wertvolle Metall könnte auch das Geheimnis der Alchemie des Kosmos enthalten.

Referenz:Chiaki Kobayashi et al.“ Der Ursprung der Elemente von Kohlenstoff bis Uran . 'Das Astrophysikalische Journal900,2 (2020): 179