Астрофизики объяснили, откуда во Вселенной уран и золото, и заодно открыли новый тип звезды

До недавнего времени считалось, что слияние нейтронных звезд — единственный способ производства любых элементов тяжелее цинка. Но тяжелые элементы впервые возникли вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная была еще очень молодой и нейтронные звезды не успели возникнуть. Таким образом, чтобы объяснить присутствие ранних тяжелых элементов в Млечном Пути, нужно было найти другой их источник.

Обнаружение древней звезды SMSS J2003-1142 в гало Млечного Пути (гало — сферическая область, окружающая Галактику), стало первым свидетельством другого источника тяжелых элементов, включая уран и, возможно, золото.

В исследовании, опубликованном  в Nature группой австралийских астрофизиков, было показано, что тяжелые элементы, обнаруженные в SMSS J2003-1142, вероятно, образовались в результате коллапса и взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем и массой около 25 масс Солнца. Это принципиально новый объект, названный в статье «магнитовращательной гиперновой».

Звездная алхимия и реликт из ранней Вселенной

Недавно было подтверждено, что слияния нейтронных звезд в энергетическом событии, называемом «килонова» действительно являются одним из источников тяжелых элементов во Вселенной. Но существующие модели химической эволюции Галактики показывают, что такие слияния сами по себе не могли привести к появлению целого ряда 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 был изучен ее химический состав звезды, который оказался довольно примитивен. Это привело к выводу, что наблюдаемые в SMSS J2003-1142 тяжелые элементы были созданы ранее, до ее формирования,  гипотетической родительской звездой сразу после Большого взрыва.

Химический состав SMSS J2003-1142 способен раскрыть природу и свойства этой родительской звезды. Особенно важны для этого 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 энергию взрыва примерно в десять раз большую, чем у «нормальной» сверхновой. Кроме того, большое количество урана потребовало бы наличия большого количества нейтронов. Все это в сумме дает описание нового типа звезды — магнитовращательной гиперновой.

Почему это не было слиянием нейтронных звезд

Гипотеза, в которой присутствует магнитовращательная гиперновая, объясняет 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. К тому же, на раннем этапе формирования Вселенной, когда эти элементы были созданы, такие звезды еще не существовали.

Кроме того, в результате слияния нейтронных звезд образуются только тяжелые элементы, поэтому для объяснения других элементов, таких как кальций, также наблюдаемый в SMSS J2003-1142, должны были существовать дополнительные источники, такие, как обычные сверхновые. Этот многоэтапный сценарий хотя и возможен в принципе, но более сложен и, следовательно, менее вероятен.

Модель магнитовращательной гиперновой не только обеспечивает лучшее соответствие данным, но может объяснить состав SMSS J2003-1142 посредством одного события. Эта модель также объясняет то, как были созданы все тяжелые элементы в в ранней Вселенной.

В недрах отгоревших звезд может скапливаться своего рода урановый снег. Из-за него умирающие белые карлики способны взрываться, как ядерные бомбы.

По материалам Science Alert