Очень тяжелые элементы. Ученые нашли новый тип космического взрыва и объяснили одну из загадок Вселенной

Все тяжелые элементы возникли постепенно после Большого взрыва, когда Вселенная была очень молодой. Тогда еще прошло не так много времени для того, чтобы могли появиться нейтронные звезды. Таким образом может быть другое обьяснение появление ранних тяжелых элементов в Млечном Пути.

Древняя звезда, которую называют SMSS J2003−1142 находится в гало Млечного Пути, — она может быть первым свидетельством другого источника тяжелых элементов, включая уран и, возможно, золота.

В исследовании, опубликованном в Nature ученые предполагают, что тяжелые элементы, обнаруженные в SMSS J2003−1142, могли произойти не от слияния нейтронных звезд, а вследствие взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем и массой около 25 раз больше Солнца.

Астрофизики окрестили это явление как «взрыв магнитовращательной гиперновой».

Звезды и химические элементы

Как известно, нейтронным звездам свойственна гиперплотность маленький клочок материи весит около миллиарда тонн. Вследствие их слияния образуются тяжелые элементы в нашей галактике.

Но происхождение некоторых элементов таблицы Менделеева, таких как золото, свинец и уран, еще полностью не выяснено. Самые легкие элементы — водород и гелий уже были образованы в значительных количествах во время Большого взрыва. Ядерный синтез в ядрах звезд также является хорошо известным источником атомов в диапазоне масс от гелия до железа.

В настоящее время проводятся исследования, чтобы определить, какие объекты могут быть местами, где происходит эта реакция. Возможными кандидатами пока являются редкие типы взрывов сверхновых и слияние плотных звездных остатков, таких как двойные нейтронные звезды.

Первое слияние нейтроных звезд было обнаружено 17 августа 2017 года с помощью гравитационных волн (GW170817), за которым последовали электромагнитные наблюдения. Это слияние было обнаружено в старой эллиптической галактике.

Слияние нейтронных звезд происходит очень редко, в нашей Галактике, например, — раз в десять тысяч лет, а образование новых элементов идет считанные миллисекунды после него.

Однако существующие модели химической эволюции нашей галактики показывают, что слияния нейтронных звезд сами по себе не могли привести к определенным образцам элементов, которые мы видим во многих древних звездах, включая SMSS J2003−1142.

Родом из ранней Вселенной

Еще не так давно, в 2016 году ученые наблюдали за SMSS J2003−1142 из Австралии, а затем снова в сентябре 2019 года с помощью телескопа Европейской южной обсерватории в Чили.

Согласно наблюдениям, удалось изучить химический состав звезды. Тем неменее, данные ученых показали, что химический состав звезды очень примитивен — содержание железа примерно в 3000 раз ниже, чем на Солнце. Наблюдаемые элементы, вероятно, были созданы единственной родительской звездой сразу после Большого взрыва.

Если рассматривать химический состав SMSS J2003−1142, он может вывести на «след» разгадки природы и свойства ее родительской звезды. Больше всего в глаза бросаются его высокие уровни азота, цинка и тяжелых элементов, в частности урану.

Стоить отметить, что высокие уровни азота в SMSS J2003−1142 указывают на то, что родительская звезда имела быстрое вращение. Соответственно, высокие уровни цинка свидетельствуют о том, что энергия взрыва в десять раз мощнее, чем у «обычной» сверхновой. Что говорит о том, что это была бы гиперновая.

Тяжелые элементы, которые мы можем наблюдать в SMSS J2003−1142 сегодня говорят о том, что эта звезда образовалась в результате раннего взрыва магнитовращательной гиперновой.

Таким образом, это является первым доказательством того, что явления магнитовращательных сверхновых источников тяжелых элементов в нашей галактике стоят наряду со слиянием нейтронных звезд.