В 10 раз мощнее сверхновой. Ученые стали свидетелями невиданного ранее космического взрыва

Взрыв сверхновой звезды
Фото: ScienceAlert

Ученые зафиксировали новый способ появления тяжелых элементов в результате взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем и массой примерно в 25 раз больше Солнца.

До недавнего времени считалось, что слияние нейтронных звезд — единственный способ производства тяжелых элементов (тяжелее цинка). "Но мы знаем, что тяжелые элементы впервые возникли вскоре после Большого взрыва, когда Вселенная была очень молодой. В то время еще прошло недостаточно времени для того, чтобы нейтронные звезды даже могли появиться. Таким образом, нужен был другой источник, чтобы объяснить присутствие ранних тяжелых элементов в Млечном Пути", — говорят авторы исследования, ученые из Австралийского национального университета Дэвид Йонг и Гэри Да Коста, сообщает Sciencealert

Открытие древней звезды SMSS J2003-1142 в гало Млечного Пути, которое является примерно сферической областью, окружающей галактику, является первым доказательством другого источника тяжелых элементов, включая уран и, возможно, золото, говорят ученые.

"В нашем исследовании 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 примерно в 25 раз больше Солнца", — говорят Йонг и Да Коста. "Мы называем этот взрыв "магнитовращательной гиперновой".

Недавно было подтверждено, что слияния нейтронных звезд действительно являются одним из источников тяжелых элементов в нашей галактике. 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 слияние нейтронных звезд само по себе не могло привести к появлению определенных элементов, которые мы видим во многих древних звездах, включая SMSS J2003-1142, говорят исследователи.

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

"По имеющимся данным 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 примитивная звезда. Элементы, которые мы наблюдали в ней, вероятно, были созданы единственной родительской звездой сразу после Большого взрыва", — говорит Йонг.

Химический состав SMSS J2003-1142 может раскрыть природу и свойства ее родительской звезды. Особенно важно наличие необычно высокого количества азота, цинка и тяжелых элементов, включая европий и уран, в составе звезды.

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, а это означает, что это была гиперновая. Кроме того, большое количество урана потребовало бы наличия большого количества нейтронов, говорят ученые.

"Тяжелые элементы, которые мы можем наблюдать в составе SMSS J2003-1142 являются свидетельством того, что эта звезда образовалась в результате раннего взрыва магнитовращательной гиперновой", — говорит Да Коста. "Таким образом, наша работа предоставила первое свидетельство того, что магнитовращательные сверхновые являются источником тяжелых элементов в нашей галактике".

"Согласно нашей гипотезе, одна родительская звезда создала 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 их даже не существовало на столь раннем этапе формирования галактики, когда были созданы эти элементы", — говорит Йонг.

В результате слияния нейтронных звезд образуются только тяжелые элементы, поэтому для объяснения наличия 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 сверхновой может объяснить состав SMSS J2003-1142 посредством одного события. Это могло быть слияние нейтронных звезд вместе с магнитовращающими сверхновыми, которые могли бы вместе объяснить, как были созданы все тяжелые элементы в Млечном Пути, говорят ученые.