Астрономи знайшли зірку «золотого стандарту» в Чумацького Шляху

Поблизу нашого Сонця Галактики Чумацький Шлях знаходиться відносно яскрава зірка, і в ній астрономи змогли визначити найширший діапазон елементів у зірці за межами нашої Сонячної системи.

Дослідження, проведене астрономом Мічиганського університету Іаном Редерером, виявило 65 елементів у зірці, HD 222925. Сорок два з ідентифікованих елементів є важкими елементами, які перераховані в нижній частині періодичної таблиці елементів.

Ідентифікація цих елементів в одній зірці допоможе астрономам зрозуміти, що називається «процесом швидкого захоплення нейтронів», або одним із основних способів створення важких елементів у Всесвіті. Їх результати опубліковані на arXiv і прийняті для публікації в Додаток до астрофізичного журналу серія.

“Наскільки мені відомо, це рекорд для будь-якого об’єкта за межами нашої Сонячної системи. І що робить цю зірку такою унікальною, так це те, що вона має дуже високу відносну частку елементів, перерахованих у нижніх двох третинах періодичної таблиці. Ми навіть виявили золото”, – сказав Редерер. «Ці елементи були створені за допомогою процесу швидкого захоплення нейтронів. Це справді те, що ми намагаємося вивчити: фізику, щоб зрозуміти, як, де і коли були створені ці елементи».

Процес, також званий «r-процесом», починається з присутності більш легких елементів, таких як залізо. Потім швидко — порядку секунди — до ядер легших елементів додаються нейтрони. Це створює більш важкі елементи, такі як селен, срібло, телур, платина, золото і торій, які, за словами астрономів, рідко виявляються в зірках.

«Вам потрібна велика кількість вільних нейтронів і дуже високий енергетичний набір умов, щоб звільнити їх і додати їх до ядер атомів», — сказав Редерер. «Не так багато середовищ, у яких це може статися — два, можливо».

Одне з таких середовищ було підтверджено: злиття нейтронних зірок. Нейтронні зірки — це колапсовані ядра зірок-надгігантів, найменші й найщільніші відомі небесні об’єкти. Зіткнення пар нейтронних зірок викликає гравітаційні хвилі, і в 2017 році астрономи вперше виявили гравітаційні хвилі від злиття нейтронних зірок. Іншим способом r-процесу може статися після вибухової загибелі масивних зірок.

«Це важливий крок вперед: розпізнавання того, де може відбуватися r-процес. Але набагато більший крок — сказати: «Що насправді зробила ця подія? Що там було створено?», — сказав Редерер. — Ось тут і наше дослідження.

Елементи, ідентифіковані Редерером і його командою в HD 222925, були створені або в масивних наднових, або в результаті злиття нейтронних зірок дуже рано у Всесвіті. Матеріал був викинутий і відкинутий назад у космос, де він пізніше перетворився на зірку, яку Редерер вивчає сьогодні.

Цю зірку потім можна використовувати як проксі для того, що б спричинила одна з цих подій. Будь-яка модель, розроблена в майбутньому, яка демонструє, як r-процес або природа виробляє елементи на нижніх двох третинах періодичної таблиці, повинна мати той самий підпис, що й HD 222925, каже Редерер.

Важливо те, що астрономи використовували інструмент на космічному телескопі Хаббл, який може збирати ультрафіолетові спектри. Цей інструмент був ключовим у тому, що дозволив астрономам збирати світло в ультрафіолетовій частині світлового спектру — світло, яке виходить від холодної зірки, наприклад HD 222925.

Астрономи також використовували один з телескопів Магеллана — консорціум, партнером якого є UM — в обсерваторії Лас-Кампанас в Чилі, щоб зібрати світло від HD 222925 в оптичній частині світлового спектру.

Ці спектри кодують «хімічний відбиток» елементів всередині зірок, і зчитування цих спектрів дозволяє астрономам не тільки визначити елементи, що містяться в зірці, а й те, скільки елементів містить зірка.

Анна Фребель є співавтором дослідження та професором фізики Массачусетського технологічного інституту. Вона допомогла в загальній інтерпретації моделі кількості елементів HD 222925 і того, як вона дає нам зрозуміти походження елементів у космосі.

«Тепер ми знаємо детальний поелементний результат деякої події r-процесу, яка сталася на початку Всесвіту», — сказав Фребель. «Будь-яка модель, яка намагається зрозуміти, що відбувається з r-процесом, повинна мати можливість це відтворити».

Багато співавторів дослідження є частиною групи під назвою R-Process Alliance, групи астрофізиків, які займаються вирішенням великих питань r-процесу. Цей проект ставить перед собою одну з ключових цілей команди: визначити, які елементи та в яких кількостях були виготовлені в r-процесі з безпрецедентним рівнем деталізації.