В 10 раз мощнее сверхновой: Ученые обнаружили новый тип космического взрыва

До недавнего времени считалось, что слияние нейтронных звезд - единственный способ производства тяжелых элементов (тяжелее цинка). Эти слияния включают смесь остатков двух массивных звезд в двойной системе.

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 произойти. 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 примерно сферической областью, окружающей галактику, является первым свидетельством другого источника тяжелых элементов, включая уран и, возможно, золото.

В нашем исследовании, опубликованном в Nature , мы показываем, что тяжелые элементы, обнаруженные в SMSS J2003-1142, вероятно, образовались не в результате слияния нейтронных звезд, а в результате коллапса и взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем и массой около 25 раз больше Солнца.

Недавно было подтверждено, что слияния нейтронных звезд действительно являются одним из источников тяжелых элементов в нашей галактике. Как следует из названия, это 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.

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 мы изучили химический состав звезды. Наш анализ показал, что содержание железа примерно в 3000 раз ниже, чем на Солнце. Другими словами, SMSS J2003-1142 химически примитивен.

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

Химический состав SMSS J2003-1142 может раскрыть природу и свойства его родительской звезды. Особенно важны его 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 имела быстрое вращение, 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 раннего взрыва магнитовращательной гиперновой.

Таким образом, наша работа предоставила первое свидетельство того, что события с магнитовращающими сверхновыми звездами являются источником тяжелых элементов в нашей галактике (наряду с слиянием нейтронных звезд).

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

Согласно гипотезе, одна родительская звезда создала бы 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 даже не существовало бы на столь раннем этапе формирования галактики, когда были созданы эти элементы.

Кроме того, в результате слияния нейтронных звезд образуются 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, которые могли бы в унисон объяснить, как были созданы все тяжелые элементы в Млечном Пути.