RW Space

Взрыв килоновой звезды, произошедший в результате столкновения двух нейтронных звезд на расстоянии миллиарда световых лет друг от друга, оказался фабрикой по производству редких тяжелых элементов.

Это первый раз, когда космический телескоп Джеймса Уэбба провел исследование такое событие; а после колоссального гамма-всплеска, произошедшего 7 марта 2023 года, данные телескопа выявили доказательства наличия теллура – ​​редкого металла, слишком тяжелого, чтобы его можно было выковать в сердцах звезд в процессе термоядерного синтеза.

Было также предложено использовать другие металлы, например вольфрам и селен. Это открытие, по словам исследователей, подтверждает, что слияние нейтронных звезд является источником тяжелых элементов, важной частью того, как наша Вселенная создает материал и распределяет его по космосу.

«Известно лишь несколько килоновых звезд. и это первый раз, когда мы смогли посмотреть на последствия взрыва килоновой с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба», — говорит астрофизик Эндрю Леван из Университета Радбауда, который руководил анализом.

Он добавляет: « Прошло чуть более 150 лет с тех пор, как Дмитрий Менделеев составил периодическую таблицу элементов, и теперь мы, наконец, в состоянии начать заполнять эти последние пробелы в понимании того, где все было создано.»

Звезды на самом деле замечательные вещи. Они берут водород, составляющий большую часть видимой материи Вселенной, и снова и снова сталкивают его атомы, чтобы создать более тяжелые элементы: водород в гелий, а затем эти более тяжелые атомы в еще более тяжелые, вплоть до железа.

Однако именно здесь у звездных термоядерных двигателей заканчивается мощность. Синтез железа в более тяжелые элементы требует больших затрат энергии, чем выделяется, в результате чего звезда начинает стремительно катиться под тяжестью собственной гравитации.

Но этот энергетический взрыв может также вызвать серию ядерные реакции, в которых атомные ядра сталкиваются с свободными нейтронами, чтобы синтезировать еще более тяжелые элементы.

Реакции должны происходить достаточно быстро, чтобы радиоактивный распад не мог произойти до того, как к ядру добавятся новые нейтроны. Это означает, что это должно произойти там, где плавает много свободных нейтронов – как в сверхновой или килоновой. Этот конкретный процесс нуклеосинтеза известен как процесс быстрого захвата нейтронов, или r-процесс.

Когда в 2017 году впервые наблюдалось столкновение двух нейтронных звезд, последствия подтвердили, что килоновые производят элементы r-процесса. Ученые обнаружили присутствие стронция, 38-го элемента таблицы Менделеева.

Когда в марте 2019 г. в этом году учёные сразу же настроились на более пристальный взгляд. GRB230307A был поистине впечатляющим — один из самых ярких когда-либо наблюдавшихся гамма-всплесков, в 1000 раз ярче обычного и более чем в миллион раз ярче, чем вся галактика Млечный Путь.

Он также был необычайно продолжительным, примерно через 200 секунд. Считается, что такая большая продолжительность является признаком килоновой: гамма-всплески сверхновых имеют гораздо меньшую продолжительность. Многоволновые наблюдения подтвердили это: профиль последствий вспышки соответствовал происхождению килоновой новой.

А поскольку килоновые являются известным источником элементов r-процесса, астрономы попросили взглянуть на источник взрыва с инфракрасным JWST.

5 апреля они повернули телескоп на свечение, которое к тому времени имело значительную инфракрасную составляющую, и собрали спектры.

Эти данные обнаружил присутствие теллура, 52-го элемента таблицы Менделеева. Это довольно здорово. Это означает, что в расширяющихся выбросах от столкновения нейтронной звезды, вероятно, присутствуют и другие элементы r-процесса, хотя для подтверждения этого потребуются дополнительные наблюдения.

И стоит отметить, что взрыв произошел где-то действительно странном: в межгалактическом пространстве , в 120 000 световых годах от ближайшей галактики. Исследователи определили, что галактика, вероятно, была местом происхождения двух нейтронных звезд как обычных массивных звезд; когда когда-то в прошлом каждый из них стал сверхновым, один за другим, силы взрывов было достаточно, чтобы заставить их покинуть галактику.

Из этого можно многому научиться. удивительное событие, говорят исследователи.

«До недавнего времени мы не думали, что слияния могут привести к возникновению гамма-всплесков продолжительностью более двух секунд», — говорит астроном Бен Гомпертц из Университета Бирмингема в Великобритании.

«Наша следующая задача – найти больше таких долгоживущих слияний и лучше понять, что ими движет – и создаются ли еще более тяжелые элементы. Это открытие открыло дверь к преобразующему пониманию нашей Вселенной и того, как она работает».

Исследование опубликовано в журнале Nature.