Тяжёлые элементы на заре Вселенной могли появиться в результате сверхмощного взрыва звезды неизвестного ранее типа
В опубликованной вчера в журнале Nature работе астрофизики выдвинули новую теорию образования тяжёлых элементов в космосе. Раньше считалось, что элементы тяжелее цинка появляются только после слияния нейтронных звёзд. Теперь же предлагается новый источник тяжёлых элементов — магниторотационные гиперновые.
В недрах звезды при помощи ядерного синтеза могут появляться элементы вплоть до железа, а дальше реакция становится энергетически невыгодной. Элементы чуть тяжелее железа могут появляться после того, как звезда сбрасывает свою оболочку, а ядро схлопывается до нейтронной звезды — объекта чрезвычайной плотности.
При этом долгое время единственным источником тяжёлых элементов считались слияния останков массивных звёзд. Такие слияния, происходящие в двойных системах звёзд, учёные называют «килоновые». Реальность этих слияний недавно была подтверждена.
Однако впоследствии астрофизики, исследовавшие состав Млечного Пути, выяснили, что тяжёлые элементы появились на самой заре развития Вселенной — когда эти самые слияния ещё просто не могли произойти. Следовательно, требовалось найти другой источник тяжёлых элементов, породивший их на ранних этапах.
Потом астрономы обнаружили в гало Млечного пути древнюю звезду SMSS J2003–1142. Она стала первым свидетельством существования неизвестных ранее источников тяжёлых элементов, включая уран и золото.
Вокруг Млечного Пути существует гало из горячих газов, пополняемое материалом, выбрасываемым нарождающимися и умирающими звездами. Только 1% всех звёзд Галактики находится в гало.
Авторы нового исследования считают, что тяжёлые элементы, обнаруженные в составе SMSS J2003–1142, появились не в результате слияния нейтронных звёзд, а после коллапса и взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем, массой порядка 25 солнечных. Они назвали такой взрыв «магниторотационной гиперновой».
В своей работе они утверждают, что особое распределение элементов, появляющихся, согласно существующим моделям, во время взрыва килоновой, плохо коррелирует с тем набором веществ, который астрономы находят в древних звёздах, включая и SMSS J2003–1142.
Впервые её обнаружили в 2016 году при помощи австралийского телескопа, а потом дополнительно изучили в 2019 телескопом Европейской южной обсерватории в Чили. Оказалось, что железа в ней содержится примерно в 3000 раз меньше, чем в Солнце. То есть, эта звезда является химически примитивной.
Судя по всему, содержащиеся в ней элементы породила единственная родительская звезда, появившаяся вскоре после Большого взрыва. Поддерживают эту теорию большое содержание в звезде азота, цинка и таких тяжёлых элементов, как европий и уран.
Высокий уровень азота в SMSS J2003–1142 говорит о том, что её родительская звезда очень быстро вращалась. Уровень цинка говорит о том, что энергия взрыва примерно в десять раз превышала энергию «обычной» сверхновой — то есть, это могла быть гиперновая. Большое количество урана говорит о том, что в родительской звезде должно было содержаться очень много нейтронов.
Всё это говорит о том, что звезда SMSS J2003–1142 появилась в результате взрыва магниторотационной гиперновой. На производство этих элементов в результате слияния двух нейтронных звёзд потребовалось бы очень долгое время — которого просто не было на ранних этапах формирования галактики.
Кроме того, во время слияния нейтронных звёзд появляются только тяжёлые элементы, поэтому более лёгкие — такие, как кальций, имеющийся в составе звезды — должен был произвести кто-то ещё. Такой двойной сценарий, хотя и возможен, очень маловероятен.
