Происхождение самых тяжёлых элементов во Вселенной — давняя загадка. Слияния нейтронных звёзд, подтверждённые событием GW170817, считаются важным, но, по-видимому, недостаточным источником. Химическая эволюция диска Млечного Пути показывает, что r-процессные элементы, такие как европий, появлялись слишком рано, чтобы их можно было объяснить только стандартными, задержанными слияниями. Эта работа стоит в ряду исследований, которые количественно проверяют альтернативные каналы слияний — быстрые слияния нейтронных звёзд и слияния нейтронных звёзд с чёрными дырами — и показывает, что и они не решают проблему.
Авторы построили единую байесовскую модель химической эволюции Галактики, которая учитывает неопределённости в темпах слияний, распределении задержек, массах выбросов и наблюдательных данных. В модель включены три сценария: быстрые слияния, которые видны гравитационно-волновым детекторам; быстрые слияния, которые детекторы пропускают; и слияния нейтронных звёзд с чёрными дырами как дополнительный канал. Для каждого сценария вычислялась вероятность воспроизвести наблюдаемую зависимость [Eu/Fe] от [Fe/H] для звёзд диска.
Во всех трёх сценариях требуются экстремальные параметры. Если быстрые слияния видны детекторам, они должны составлять более 98% всех слияний нейтронных звёзд. Если они невидимы, их темп должен быть в 17 раз выше темпа задержанных слияний. Слияния нейтронных звёзд с чёрными дырами даже при оптимистичных предположениях дают вклад менее 10%. Таким образом, более 90% r-процессного обогащения должно приходиться на неизвестный канал, который следует за темпом звездообразования.
Работа количественно закрывает два популярных кандидата на роль недостающего источника r-процессных элементов. В отличие от предыдущих исследований, которые использовали точечные оценки, здесь впервые применён последовательный байесовский анализ с полным учётом неопределённостей. Это усиливает аргумент в пользу не-слиятельных каналов, таких как магниторотационные сверхновые или коллапсары.
Будущие исследования должны сосредоточиться на не-слиятельных источниках r-процесса. Улучшенные модели сверхновых с сильными магнитными полями и наблюдения за самыми бедными металлами звёздами помогут сузить круг кандидатов. Также важны более точные измерения темпов слияний и распределений задержек с помощью гравитационно-волновых обсерваторий следующего поколения.
Результаты повлияют на модели химической эволюции галактик, интерпретацию наблюдений килоновых и планирование будущих обзоров неба.
Проверить предсказания для конкретных не-слиятельных каналов, таких как магниторотационные сверхновые, и сравнить их с данными по звёздам гало и карликовых галактик.
Работа напрямую связана с нерешённой проблемой астрофизики: где именно во Вселенной образуются элементы тяжелее железа. Она сужает пространство возможных источников и указывает на необходимость изучения редких типов сверхновых.
Этот раздел адресован автору работы и его коллегам. Соседние работы нашёл смысловой поиск по нашему архиву — не по совпадению слов, а по смыслу. Мы не рецензируем: мы показываем поле вокруг.
Что сделано в работе
Авторы построили байесовскую модель химической эволюции Галактики, чтобы проверить, могут ли быстрые слияния нейтронных звёзд или слияния нейтронных звёзд с чёрными дырами объяснить наблюдаемое обилие европия в диске. Они показали, что для воспроизведения данных требуются экстремальные параметры, и даже оптимистичные сценарии дают вклад менее 10%, что указывает на необходимость дополнительных источников r-процесса.
В чём сила
Главная сила — в последовательном байесовском подходе, который учитывает неопределённости темпов, задержек и масс выбросов, что делает вывод о недостаточности слияний более надёжным, чем в предыдущих работах.
Куда можно двигаться
Что можно попробовать
Почему это может быть важно
Если предлагаемый неизвестный канал действительно следует за темпом звездообразования, это меняет понимание нуклеосинтеза в галактиках и может быть проверено будущими наблюдениями химического состава звёзд в разных популяциях.
Работы рядом в нашем архиве
Вокруг этой работы в архиве пусто: ближайший разбор всего на 0.56, при обычных 0.64. Похоже, рядом почти не бурили.
Европий, используемый в люминофорах и экранах смартфонов, образуется в результате r-процесса. Если бы его источником были только слияния нейтронных звёзд, наша Галактика была бы гораздо беднее этим элементом, чем показывают наблюдения.
В романе Карла Сагана «Контакт» героиня слышит сигнал, закодированный в числе π. Здесь же сама Вселенная оставляет нам послание в химическом составе звёзд, и расшифровка этого послания требует исключения одних источников, чтобы найти другие.