Ученые обнаружили новый тип космического взрыва, в 10 раз более энергичный, чем сверхновая

До недавнего времени считалось, что слияние нейтронных звезд — единственный вариант возникновения тяжелых элементов (тяжелее цинка).

Но мы знаем, что тяжелые элементы впервые возникли вскоре после Большого Взрыва, когда Вселенная была очень молодой. В то время прошло недостаточно времени для того, чтобы нейтронные звезды даже могли возникнуть. Таким образом, нужен был другой источник, чтобы объяснить присутствие ранних тяжелых элементов в Млечном Пути.

Обнаружение древней звезды SMSS J2003-1142 в гало Млечного Пути, которое является сферической областью, окружающей галактику, является первым свидетельством другого источника тяжелых элементов, включая уран и золото.

В исследовании, опубликованном в Nature, показанно, что тяжелые элементы, обнаруженные в SMSS J2003-1142, образовались не в результате слияния нейтронных звезд, а в результате коллапса и взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем и массой в 25 раз превышающей Солнечную.

Взрыв получил название «магнитовращательной гиперновой».

Звездная алхимия.

Недавно было подтверждено, что слияния нейтронных звезд действительно являются одним из источников тяжелых элементов в нашей галактике. Как следует из названия, процесс когда две нейтронные звезды в двойной системе сливаются вместе в энергетическом событии, называемом «килонова». В результате этого процесса образуются тяжелые элементы.

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.

Реликвия из ранней Вселенной.

SMSS J2003-1142 впервые наблюдали в 2016 году из Австралии, а затем снова в сентябре 2019 года с помощью телескопа Европейской южной обсерватории в Чили.

По этим наблюдениям ученые изучили химический состав звезды. Анализ показал, что содержание железа примерно в 3000 раз ниже, чем на Солнце. Другими словами, SMSS J2003-1142 химически примитивна.

Элементы, которые мы наблюдали в ней, вероятно, были созданы единственной родительской звездой сразу после Большого взрыва.

Сигнатуры схлопнувшейся быстро вращающейся звезды.

Химический состав SMSS J2003-1142 может раскрыть природу и свойства ее родительской звезды. Особенно важны необычно высокие количества азота, цинка и тяжелых элементов, включая европий и уран.

Высокие уровни азота в SMSS J2003-1142 указывают на то, что родительская звезда быстро вращалась, в то время как высокие уровни цинка указывают на то, что энергия взрыва была примерно в десять раз больше, чем у «нормальной» сверхновой, что означает, что это была бы гиперновая. Кроме того, большое количество урана потребовало бы наличия большого количества нейтронов.

Тяжелые элементы, которые мы можем наблюдать в SMSS J2003-1142 сегодня, являются свидетельством того, что эта звезда образовалась в результате взрыва магнитовращательной гиперновой.

Таким образом, исслеждование предоставило первое свидетельство того, что события с магнитовращающимися гиперновыми звездами являются источником тяжелых элементов в нашей галактике (наряду с слиянием нейтронных звезд).

А как насчет слияния нейтронных звезд?

Но как возможно узнать, что не только слияние нейтронных звезд привело к определенным элементам, которые обнаружили в SMSS J2003-1142? Для этого есть несколько причин.

Согласно гипотезе, одна родительская звезда могла создать все элементы, наблюдаемые в SMSS J2003-1142. С другой стороны, на то, чтобы те же элементы образовались только в результате слияния нейтронных звезд, потребовалось бы гораздо больше времени. Но на этот раз не существовало бы даже на столь раннем этапе формирования галактики, когда были созданы эти элементы.

Кроме того, слияния нейтронных звезд создают только тяжелые элементы, поэтому для объяснения других тяжелых элементов, таких как кальций, наблюдаемых в SMSS J2003-1142, должны были возникнуть дополнительные источники, такие как сверхновые звезды. Этот сценарий, хотя и возможен, более сложен и, следовательно, менее вероятен.

Модель магнитовращательной гиперновой не только обеспечивает лучшее соответствие данным, но также может объяснить состав SMSS J2003-1142 посредством одного события. Это могло быть слияние нейтронных звезд вместе с магнитовращающими сверхновыми, что дает объяснение, как были созданы все тяжелые элементы в Млечном Пути.

Эта статья переиздана из The Conversation.

Источники: Фото: NASA/GSFC/Dana Berry