Астрономы нашли в Млечном Пути звезду "золотого стандарта"
По соседству с нашим Солнцем в Галактике Млечный Путь находится относительно яркая звезда, и в ней астрономы смогли определить самый широкий спектр элементов в звезде за пределами нашей Солнечной системы. Исследование, проведенное под руководством астронома из Мичиганского университета Яна Редерера, определило 65 элементов в звезде HD 222925. Сорок два из идентифицированных элементов являются тяжелыми элементами , которые перечислены в нижней части периодической таблицы элементов.
Звезда HD 222925 — звезда девятой величины, расположенная в южном созвездии Тукана. Предоставлено: Оцифрованный обзор неба STScI.
Идентификация этих элементов в одной звезде поможет астрономам понять, что называется «процессом быстрого захвата нейтронов» или одним из основных способов образования тяжелых элементов во Вселенной. Их результаты размещены на arXiv и приняты к публикации в серии приложений к астрофизическому журналу.
«Насколько мне известно, это рекорд для любого объекта за пределами нашей Солнечной системы. И что делает эту звезду такой уникальной, так это то, что она имеет очень высокую относительную долю элементов, перечисленных в нижних двух третях периодической таблицы. Мы даже обнаружили золото», — сказал Редерер. «Эти элементы были созданы в процессе быстрого захвата нейтронов. Это действительно то, что мы пытаемся изучить: физика в понимании того, как, где и когда эти элементы были созданы».
Процесс, также называемый «r-процессом», начинается с присутствия более легких элементов, таких как железо. Затем быстро — порядка секунды — нейтроны присоединяются к ядрам более легких элементов. Это создает более тяжелые элементы, такие как селен, серебро, теллур, платина, золото и торий, которые обнаружены в HD 222925, и все они, по словам астрономов, редко обнаруживаются в звездах.
«Вам нужно много свободных нейтронов и набор условий с очень высокой энергией, чтобы высвободить их и добавить к ядрам атомов», — сказал Редерер. «Есть не так много сред, в которых это может произойти — может быть, две».
Одна из этих сред была подтверждена: слияние нейтронных звезд. Нейтронные звезды представляют собой схлопнувшиеся ядра сверхгигантских звезд и самые маленькие и самые плотные из известных небесных объектов. Столкновение пар нейтронных звезд вызывает гравитационные волны, и в 2017 году астрономы впервые обнаружили гравитационные волны от слияния нейтронных звезд. Другой вариант возникновения r-процесса — взрывная смерть массивных звезд.
«Это важный шаг вперед: понять, где может происходить r-процесс. Но гораздо больший шаг — сказать: «Что на самом деле сделало это событие? Что там было произведено?» — сказал Редерер. «Вот где начинается наше исследование».
Элементы, идентифицированные Редерером и его командой в HD 222925, образовались либо в результате взрыва массивной сверхновой, либо в результате слияния нейтронных звезд на очень раннем этапе существования Вселенной. Материал был выброшен и брошен обратно в космос, где позже преобразовался в звезду, которую Редерер изучает сегодня.
Затем эту звезду можно использовать в качестве прокси того, что могло бы произойти в результате одного из этих событий. Любая модель, разработанная в будущем, которая демонстрирует, как r-процесс или природа производит элементы в нижних двух третях таблицы Менделеева, должна иметь ту же подпись, что и HD 222925, говорит Редерер.
Важно отметить, что астрономы использовали инструмент на космическом телескопе Хаббл, который может собирать ультрафиолетовые спектры. Этот инструмент позволил астрономам собирать свет в ультрафиолетовой части светового спектра — слабый свет, исходящий от холодной звезды, такой как HD 222925.
Астрономы также использовали один из телескопов Magellan — консорциум, партнером которого является UM — в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, чтобы собрать свет от HD 222925 в оптической части светового спектра.
Эти спектры кодируют «химический отпечаток» элементов внутри звезд, и чтение этих спектров позволяет астрономам не только идентифицировать элементы, содержащиеся в звезде, но также и то, сколько элемента содержится в звезде.
Анна Фребель — соавтор исследования и профессор физики Массачусетского технологического института. Она помогла с общей интерпретацией картины содержания элементов HD 222925 и того, как она влияет на наше понимание происхождения элементов в космосе.
«Теперь мы знаем подробный поэлементный вывод некоторого события r-процесса, которое произошло в начале Вселенной», — сказал Фребель. «Любая модель, которая пытается понять, что происходит с r-процессом, должна быть в состоянии это воспроизвести».
Многие из соавторов исследования являются частью группы под названием R-Process Alliance, группы астрофизиков, занимающихся решением важных вопросов r-процесса. Этот проект отмечает одну из ключевых целей команды: определить, какие элементы и в каком количестве были произведены в r-процессе с беспрецедентным уровнем детализации.
