Дуже важкі елементи. Вчені знайшли новий тип космічного вибуху і пояснили одну з загадок Всесвіту

Всі важкі елементи виникли поступово після Великого вибуху, коли Всесвіт був дуже молодий. Тоді ще пройшло не так багато часу для того, щоб могли з’явитися нейтронні зірки. Таким чином може бути інше пояснення появі ранніх важких елементів в Чумацькому Шляху.

Давня зірка, яку називають SMSS J2003−1142 знаходиться в гало Чумацького Шляху, — вона може бути першим свідченням іншого джерела важких елементів, включаючи уран і можливо, золота.

У дослідженні, опублікованому в Nature, вчені припускають, що важкі елементи, виявлені в SMSS J2003−1142, могли з’явитись не від злиття нейтронних зірок, а внаслідок вибуху швидко обертаючої зірки з сильним магнітним полем і масою близько в 25 разів більшою за Сонце.

Астрофізики назвали це явище як «вибух магнітнообертаючої гіпернової».

Зірки і хімічні елементи

Як відомо, нейтронним зіркам властива гіперщільність, маленький клаптик матерії важить близько мільярда тонн. Внаслідок їх злиття утворюються важкі елементи в нашій галактиці.

Але походження деяких елементів таблиці Менделєєва, таких як золото, свинець і уран, ще повністю не з’ясовано. Найлегші елементи — водень і гелій вже були утворені в значних кількостях під час Великого вибуху. Ядерний синтез в ядрах зірок також є добре відомим джерелом атомів в діапазоні мас від гелію до заліза.

В даний час проводяться дослідження, щоб визначити, які об'єкти можуть бути місцями, де відбувається ця реакція. Можливими кандидатами поки є рідкісні типи вибухів наднових і злиття щільних зоряних залишків, таких як подвійні нейтронні зірки.

Перше злиття нейтронних зірок було виявлено 17 серпня 2017 року з допомогою гравітаційних хвиль (GW170817), за яким послідували електромагнітні спостереження. Це злиття було виявлено в старій еліптичної галактиці.

Злиття нейтронних зірок відбувається дуже рідко, в нашій Галактиці, наприклад, — раз в десять тисяч років, а утворення нових елементів йде лічені мілісекунди після нього.

Однак існуючі моделі хімічної еволюції нашої галактики показують, що злиття нейтронних зірок самі по собі не могли привести до певних зразків елементів, які ми бачимо в багатьох стародавніх зірках, включаючи SMSS J2003−1142.

Родом із раннього Всесвіту

Ще не так давно, в 2016 році вчені спостерігали за SMSS J2003−1142 з Австралії, а потім знову в вересні 2019 року за допомогою телескопа Європейської південної обсерваторії в Чилі.

Згідно зі спостереженнями, вдалося вивчити хімічний склад зірки. Тим не менш, дані вчених показали, що хімічний склад зірки дуже примітивний — вміст заліза приблизно в 3000 разів нижче, ніж на Сонці. Спостережувані елементи, ймовірно, були створені єдиною батьківської зіркою відразу після Великого вибуху.

Якщо розглядати хімічний склад SMSS J2003−1142, він може вивести на «слід» розгадки природи і властивості її батьківської зірки. Найбільше в очі кидаються її високі рівні азоту, цинку і важких елементів, зокрема урану.

Варто відзначити, що високі рівні азоту в SMSS J2003−1142 вказують на те, що батьківська зірка мала швидке обертання. Відповідно, високі рівні цинку свідчать про те, що енергія вибуху в десять разів могутніша, ніж у «звичайної» наднової. Що говорить про те, що це була б гіпернова.

Важкі елементи, які ми можемо спостерігати в SMSS J2003−1142 сьогодні говорять про те, що ця зірка утворилася в результаті раннього вибуху магнітовращательной гіпернової.

Таким чином, це є першим доказом того, що явища магнітовращательних наднових джерел важких елементів в нашій галактиці стоять поряд зі злиттям нейтронних зірок.