Eine einzige Fusion von Neutronensternen kann bis zu 8 x 10 22 Tonnen Gold produzieren. Die Gesamtwirkung solcher astronomischen Ereignisse kann die chemische Zusammensetzung unserer gesamten Galaxie erklären. Astrophysiker kamen zu diesem Schluss, nachdem sie die schweren Elemente analysiert hatten, die durch solche Fusionen entstehen. Die Hauptquelle für neue Daten ist der erste zuverlässig aufgezeichnete Ausbruch von Gravitationswellen GW170817. Die Studie wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Die ursprüngliche Zusammensetzung des Universums enthielt nur Wasserstoff und Helium mit kleinen Verunreinigungen. Elemente bis zur Eisengruppe werden im Verlauf gewöhnlicher Kernfusionen im Inneren gewöhnlicher Sterne gebildet. Für schwerere Kerne wird dieser Prozess energetisch ungünstig, daher entstehen sie durch Neutroneneinfang und anschließenden β-Zerfall.
Es gibt zwei Arten der Neutroneneinfangung: langsam (S-Prozess) und schnell (R-Prozess). Mit Hilfe des ersten ist es möglich, stabile oder langlebige Kerne zu erhalten, deren Halbwertszeit viel länger ist als die charakteristische Absorptionszeit des nächsten Neutrons. Das Ergebnis können Elemente wie Blei, Wismut und Polonium sein. Durch das schnelle Einfangen können auch andere Elemente gebildet werden, da die Kerne keine Zeit zum Zerfall haben, sondern das nächste Neutron oder sogar mehrere gleichzeitig absorbieren. Dementsprechend findet der r-Prozess nur unter der Bedingung einer sehr hohen Konzentration an freien Neutronen statt. So erscheinen Elemente wie Gold und Europium.
Astrophysiker streiten sich lange Zeit, wann der r-Prozess stattfindet. Einige neigen zu Supernova-Explosionen, andere zu Fusionen von Neutronensternen. In einer neuen Arbeit haben Wissenschaftler herausgefunden, ob es möglich ist, die Menge der in der Galaxie beobachteten schweren Elemente durch die Fusion von Neutronensternen zu erklären. Aufgrund der Tatsache, dass kürzlich zum ersten Mal unbestreitbar ein solches Ereignis entdeckt wurde, konnten Wissenschaftler die Häufigkeit solcher Phänomene grob abschätzen. Es stellte sich heraus, dass es 320-4740 Stück pro Kubikgigarsec pro Jahr waren.
Eine solche Fusion sollte zum Auftreten einer Menge Europium führen, die 1 - 5 Erdmassen (eine Erdmasse beträgt etwa 5,97 x 1021 Tonnen) und 3 - 13 Erdmassen in Form von Gold entspricht. Wenn das Ereignis GW170817 eine typische Verschmelzung von Neutronensternen ist, schließen die Autoren, dass genau diese Phänomene die Menge an Europium in der Milchstraße erklären können. Diese Fusionen sind die Hauptorte, an denen der R-Prozess stattfindet.
