L'origine des éléments les plus lourds de l'Univers est une énigme de longue date. Les fusions d'étoiles à neutrons, confirmées par l'événement GW170817, sont considérées comme une source importante, mais apparemment insuffisante. L'évolution chimique du disque de la Voie lactée montre que les éléments du processus r, comme l'europium, sont apparus trop tôt pour être expliqués uniquement par des fusions standard et retardées. Ce travail s'inscrit dans une série d'études qui testent quantitativement les canaux alternatifs de fusion, à savoir les fusions rapides d'étoiles à neutrons et les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs, et montre qu'ils ne résolvent pas le problème.
Les auteurs ont construit un modèle bayésien unifié de l'évolution chimique de la Galaxie, qui prend en compte les incertitudes sur les taux de fusion, les distributions de délais, les masses éjectées et les données d'observation. Le modèle inclut trois scénarios : les fusions rapides visibles par les détecteurs d'ondes gravitationnelles, les fusions rapides que les détecteurs manquent, et les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs comme canal supplémentaire. Pour chaque scénario, ils ont calculé la probabilité de reproduire la relation observée [Eu/Fe] en fonction de [Fe/H] pour les étoiles du disque.
Dans les trois scénarios, des paramètres extrêmes sont nécessaires. Si les fusions rapides sont visibles par les détecteurs, elles doivent représenter plus de 98 % de toutes les fusions d'étoiles à neutrons. Si elles sont invisibles, leur taux doit être 17 fois supérieur à celui des fusions retardées. Les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs, même avec des hypothèses optimistes, contribuent à moins de 10 %. Ainsi, plus de 90 % de l'enrichissement en éléments du processus r doit provenir d'un canal inconnu qui suit le rythme de formation des étoiles.
Ce travail élimine quantitativement deux candidats populaires pour le rôle de source manquante des éléments du processus r. Contrairement aux études précédentes qui utilisaient des estimations ponctuelles, ici une analyse bayésienne cohérente avec prise en compte complète des incertitudes est appliquée pour la première fois. Cela renforce l'argument en faveur de canaux non liés aux fusions, tels que les supernovae magnétorotationnelles ou les collapsars.
Les recherches futures devraient se concentrer sur les sources non liées aux fusions du processus r. Des modèles améliorés de supernovae à forts champs magnétiques et des observations des étoiles les plus pauvres en métaux aideront à réduire le nombre de candidats. Des mesures plus précises des taux de fusion et des distributions de délais grâce aux observatoires d'ondes gravitationnelles de nouvelle génération sont également importantes.
Les résultats influenceront les modèles d'évolution chimique des galaxies, l'interprétation des observations de kilonovae et la planification des futurs relevés du ciel.
Tester les prédictions pour des canaux spécifiques non liés aux fusions, tels que les supernovae magnétorotationnelles, et les comparer aux données sur les étoiles du halo et des galaxies naines.
Ce travail est directement lié au problème non résolu de l'astrophysique : où exactement dans l'Univers se forment les éléments plus lourds que le fer. Il réduit l'espace des sources possibles et souligne la nécessité d'étudier des types rares de supernovae.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Les auteurs ont construit un modèle bayésien d'évolution chimique de la Galaxie pour tester si les fusions rapides d'étoiles à neutrons ou les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs peuvent expliquer l'abondance observée d'europium dans le disque. Ils ont montré que pour reproduire les données, des paramètres extrêmes sont nécessaires, et même les scénarios les plus optimistes ne contribuent qu'à moins de 10 %, ce qui indique la nécessité de sources supplémentaires du processus r.
Où est sa force
La principale force réside dans l'approche bayésienne rigoureuse, qui prend en compte les incertitudes sur les taux, les délais et les masses éjectées, rendant la conclusion sur l'insuffisance des fusions plus fiable que dans les travaux précédents.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Si le canal inconnu proposé suit effectivement le taux de formation d'étoiles, cela change la compréhension de la nucléosynthèse dans les galaxies et pourrait être vérifié par de futures observations de la composition chimique des étoiles dans différentes populations.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.56, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
L'europium, utilisé dans les luminophores et les écrans de smartphones, est produit par le processus r. Si sa source n'était que les fusions d'étoiles à neutrons, notre Galaxie serait beaucoup plus pauvre en cet élément que ne le montrent les observations.
Dans le roman de Carl Sagan « Contact », l'héroïne entend un signal codé dans le nombre π. Ici, l'Univers lui-même nous laisse un message dans la composition chimique des étoiles, et déchiffrer ce message nécessite d'exclure certaines sources pour en trouver d'autres.