¿Se necesitan fusiones binarias de estrellas de neutrones para explicar la abundancia de oro?

El artículo de noticias de NPR Los astrónomos golpean el oro gravitacional en estrellas de neutrones en colisión menciona y cita a " Daniel Kasen , un astrofísico teórico de la Universidad de California, Berkeley:"

Se pasaba las noches mirando los datos y dice que las estrellas en colisión arrojaron una gran nube de escombros.

"Esos desechos son cosas extrañas. Son oro y platino, pero se mezclan con lo que llamarían simplemente desechos radiactivos regulares, y existe una gran nube de desechos radiactivos que simplemente comienza a crecer desde el sitio de fusión", dice Kasen. "Comienza siendo pequeño, aproximadamente del tamaño de una ciudad pequeña, pero se mueve tan rápido, unas décimas de la velocidad de la luz, que después de un día es una nube del tamaño del sistema solar".

Según sus estimaciones, esta colisión de estrellas de neutrones produjo alrededor de 200 masas terrestres de oro puro, y quizás 500 masas terrestres de platino. "Es una cantidad ridículamente enorme en escalas humanas", dice Kasen. Él personalmente tiene un anillo de bodas de platino y señala que "es una locura pensar que estas cosas que parecen muy lejanas y exóticas realmente impactan al mundo y a nosotros de una manera íntima".

¿Ha sido necesaria la fusión de los binarios de estrellas de neutrones para explicar la abundancia de elementos pesados ​​como el oro y el platino, o es solo un elemento anecdótico? ¿Qué tan importantes son las estrellas de neutrones binarias para la abundancia de elementos pesados ​​como el oro? ¿Hay algún artículo en particular o notable que pueda leer sobre esto?

Ya he leído esta respuesta, pero estoy buscando una mejor explicación de la necesidad de este tipo de fusión para explicar las abundancias. Estoy bastante seguro de que no hay nada en ningún evento de rayos gamma observado que muestre líneas espectrales de oro o cualquier elemento pesado identificable (debido a la increíble ampliación de Doppler), por lo que la conexión debe provenir de simulaciones.

La creación de algunos elementos ricos en neutrones muy pesados, como el oro y el platino, requiere la captura rápida de neutrones. Esto solo ocurrirá en condiciones densas y explosivas donde la densidad de neutrones libres es grande. Durante mucho tiempo, las teorías y los sitios competidores para el proceso r han estado dentro de las supernovas de colapso del núcleo y durante la fusión de las estrellas de neutrones.

Según tengo entendido, se ha vuelto cada vez más difícil para las supernovas producir (en modelos teóricos) suficientes elementos del proceso r para igualar tanto la cantidad como las proporciones detalladas de abundancia de elementos del proceso r en el sistema solar (ver por ejemplo Wanajo et al. 2011 ; Arcones y Thielmann 2012 ). Las condiciones requeridas, particularmente un ambiente muy rico en neutrones en los vientos impulsados ​​por neutrinos, simplemente no están presentes sin el ajuste fino de los parámetros (ver más abajo).

En cambio, los modelos que invocan fusiones de estrellas de neutrones son mucho más robustos a las incertidumbres teóricas y producen con éxito elementos de proceso r. El signo de interrogación parece estar solo por encima de su frecuencia en varios momentos en la evolución de una galaxia y exactamente cuánto material enriquecido se expulsa.

El anuncio de GW170817 hace que todo esto sea más plausible. Se ha visto una fusión de estrellas de neutrones. El comportamiento de la emisión óptica e infrarroja después del evento coincide con las expectativas de fusionar modelos de estrellas de neutrones (por ejemplo, Pian et al. 2017 ; Tanvir et al. 2017 ). De particular interés es el desarrollo de opacidad y desvanecimiento en el azul y visible, con el espectro dominado por el infrarrojo con amplias características espectrales. Esta es la expectativa de una nube de material en expansión que está muy contaminada por la presencia de lantánidos y otros elementos del proceso r ( Chornock et al. 2017 ). El acuerdo razonable entre las observaciones y los modelos sugiere que, de hecho, se produjo una gran cantidad de elementos del proceso r en esta explosión.

Ir de allí a la afirmación de que el origen del oro está resuelto (como se afirmó en la conferencia de prensa) es un paso demasiado lejos. La cantidad de material de proceso r producido tiene grandes incertidumbres y depende del modelo. La tasa de fusiones solo se limita a un orden de magnitud en el universo local y no se mide / conoce en el universo temprano. Lo que podría decirse es que este canal para la producción de procesos r se ha observado directamente y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta.

Por otro lado, todavía no se descarta la producción de procesos r por el canal de supernova. Algunas simulaciones al menos, que implican rotación y los campos magnéticos parecen estar todavía "en el juego" (por ejemplo, Nishimura et al. 2016 ). Podría ser que la presencia de material de proceso r significativo en estrellas muy viejas con pocos metales requiera un canal de supernova, ya que la fusión de estrellas de neutrones tarda un tiempo considerable en ocurrir (por ejemplo, Cescutti et al. 2015 ; Cote et al. 2017 ) .

El panorama general aún es incierto. Una revisión de Siegel (2019) concluye que la mejor opción para la evidencia disponible es que algunos tipos raros de supernovas de colapso del núcleo (conocidas como "colapsars") siguen siendo la mejor opción para explicar los elementos del proceso r de la Vía Láctea. La evidencia principal de esto es la presencia de mejoras del Europio (un elemento del proceso r) en algunas estrellas de halo muy antiguas y la tendencia general de disminuir Eu / Fe con el aumento de Fe, lo que sugiere un sitio de producción más similar al elemento alfa para el r -proceso - es decir, supernovas.