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I buchi neri sono come “fabbriche d’oro”: i dischi di accrescimento attorno ai buchi neri possono produrre elementi pesanti

Formazione di elementi cosmici: i buchi neri stellari possono essere i tanto attesi siti di formazione dell’oro e di altri elementi pesanti. Poiché nei dischi di accrescimento attorno a questi fori ci sono abbastanza neutroni liberi ad alta energia per generare questi elementi attraverso la cattura rapida di neutroni, ora suggerisce una simulazione del modello. Quindi, i candidati per queste fabbriche d’oro cosmico sono i buchi neri dalla collisione di stelle di neutroni, ma anche dalle ipernove.

Quasi tutti gli elementi della tavola periodica non sono apparsi molto tempo dopo il Big Bang, con la formazione delle prime stelle nell’universo. Fu solo dopo la fusione nucleare all’interno che l’idrogeno e l’elio si fusero insieme per formare atomi sempre più grandi, incluso il ferro. Anche per gli elementi più pesanti, invece, è necessario il processo di cattura dei neutroni. I neutroni liberi devono scontrarsi con l’atomo, trasformandosi talvolta in protoni e formando così un nuovo elemento.

Quando le stelle di neutroni si scontrano, si formano elementi pesanti, come mostrato dai dati spettroscopici. © Università di Warwick/Mark Garlick/CC-by-sa 4.0.0 Aggiornamento

Dove sono le altre fabbriche di elementi?

Per oro, platino, uranio e altri elementi particolarmente pesanti, l’ordinario, cattura di neutroni lenta Ma non spento. Possono sorgere solo se i neutroni liberi hanno una certa energia minima – vengono rilasciati in collisioni di stelle di neutroni, tra le altre cose. Nel 2017, gli astronomi sono riusciti per la prima volta in una tale collisione prime tracce Da Gold & Co. a Proof, 2019 È confermato Con un’analisi più dettagliata.

Tuttavia, ci sono troppo poche collisioni di stelle di neutroni nell’universo per spiegare l’intera quantità di elementi pesanti nell’universo. L’oro, per esempio, arriva fcinque volte di più Nella nostra galassia troppo con questo modello di formazione, i ricercatori hanno calcolato nel 2020. Quindi sospettano che l’energia sia troppo alta Ipernovae La stella di neutroni che collassa e i buchi neri risultanti consentono di raccogliere rapidamente il neutrone.

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Buchi neri all’orizzonte

Oliver Just del GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research di Darmstadt e i suoi colleghi hanno ora identificato quali buchi neri possono essere considerati come fabbriche di elementi e come dovrebbero essere progettati i loro dischi di accrescimento. “Nel nostro studio, abbiamo esaminato sistematicamente i tassi di conversione di neutroni e protoni per un gran numero di configurazioni di dischi utilizzando complesse simulazioni al computer”, spiega Just.

Il risultato: infatti, i dischi di accrescimento di alcuni buchi neri presentano buone condizioni per la formazione degli elementi più pesanti attraverso la rapida cattura dei neutroni. Poiché ci sono abbastanza neutroni veloci da poter entrare in collisione con gli atomi e formare nuovi elementi, riferiscono i ricercatori.

Il blocco del disco è critico

Tuttavia, c’è anche un limite: “Ciò che è critico è la massa totale della piastra. Più grande è il disco, più neutroni si formano dai protoni catturando elettroni ed emettendo neutrini, e quindi sono disponibili per la sintesi di elementi pesanti. usando il processo r.” Più neutroni vengono convertiti in protoni. Allora le famiglie di neutroni non avrebbero una scorta adeguata. Il team ha scoperto che la massa del disco ottimale per le fabbriche di elementi variava da 0,01 a 0,1 masse solari.

Ciò conferma che i buchi neri creati dopo la collisione di stelle di neutroni possono effettivamente essere buone “fabbriche” per oro, platino e simili. Perché, secondo Jost e colleghi, molti di loro hanno dischi di accrescimento in questo intervallo di massa. Ma anche i buchi neri causati dalle ipernove sono teoricamente possibili: esplosioni stellari in cui una stella prima diventa una stella di neutroni e poi collassa a causa di un ulteriore flusso di materia nel buco nero. Tuttavia, il flusso di materia dovrebbe essere relativamente elevato, hanno riferito i ricercatori.

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Molte domande rimangono senza risposta

Quindi i buchi neri e i loro dischi di accrescimento potrebbero essere i luoghi nell’universo in cui gli elementi più pesanti hanno avuto origine e continuano ad apparire. La modellazione che Just e il suo team hanno fatto ora ha aiutato a illuminare almeno alcune delle caratteristiche e dei requisiti per queste fabbriche di oggetti. Tuttavia, come sottolineano anche i ricercatori, la ricerca di siti di cattura dei neutroni veloci è appena iniziata e ci sono ancora molte domande senza risposta. (Avvisi mensili della Royal Astronomical Society, 2021; doi: 10.1093/mnras/stab2861)

Fonte: GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research