В опубликованной вчера в журнале Nature работе астрофизики выдвинули новую теорию образования тяжёлых элементов в космосе. Раньше считалось, что элементы тяжелее цинка появляются только после слияния нейтронных звёзд. Теперь же предлагается новый источник тяжёлых элементов – магниторотационные гиперновые.

В недрах звезды при помощи ядерного синтеза могут появляться элементы вплоть до железа, а дальше реакция становится энергетически невыгодной. Элементы чуть тяжелее железа могут появляться после того, как звезда сбрасывает свою оболочку, а ядро схлопывается до нейтронной звезды – объекта чрезвычайной плотности.

При этом долгое время единственным источником тяжёлых элементов считались слияния останков массивных звёзд. Такие слияния, происходящие в двойных системах звёзд, учёные называют "килоновые". Реальность этих слияний недавно была подтверждена.

Однако впоследствии астрофизики, исследовавшие состав Млечного Пути, выяснили, что тяжёлые элементы появились на самой заре развития Вселенной – когда эти самые слияния ещё просто не могли произойти. Следовательно, требовалось найти другой источник тяжёлых элементов, породивший их на ранних этапах.

Потом астрономы обнаружили в гало Млечного пути древнюю звезду SMSS J2003-1142. Она стала первым свидетельством существования неизвестных ранее источников тяжёлых элементов, включая уран и золото.

Вокруг Млечного Пути существует гало из горячих газов, пополняемое материалом, выбрасываемым нарождающимися и умирающими звездами. Только 1% всех звёзд Галактики находится в гало.

Авторы нового исследования считают, что тяжёлые элементы, обнаруженные в составе SMSS J2003-1142, появились не в результате слияния нейтронных звёзд, а после коллапса и взрыва быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем, массой порядка 25 солнечных. Они назвали такой взрыв «магниторотационной гиперновой».

В своей работе они утверждают, что особое распределение элементов, появляющихся, согласно существующим моделям, во время взрыва килоновой, плохо коррелирует с тем набором веществ, который астрономы находят в древних звёздах, включая и SMSS J2003-1142.

Впервые её обнаружили в 2016 году при помощи австралийского телескопа, а потом дополнительно изучили в 2019 телескопом Европейской южной обсерватории в Чили. Оказалось, что железа в ней содержится примерно в 3000 раз меньше, чем в Солнце. То есть, эта звезда является химически примитивной.

Судя по всему, содержащиеся в ней элементы породила единственная родительская звезда, появившаяся вскоре после Большого взрыва. Поддерживают эту теорию большое содержание в звезде азота, цинка и таких тяжёлых элементов, как европий и уран.

Высокий уровень азота в SMSS J2003-1142 говорит о том, что её родительская звезда очень быстро вращалась. Уровень цинка говорит о том, что энергия взрыва примерно в десять раз превышала энергию «обычной» сверхновой – то есть, это могла быть гиперновая. Большое количество урана говорит о том, что в родительской звезде должно было содержаться очень много нейтронов.

Всё это говорит о том, что звезда SMSS J2003-1142 появилась в результате взрыва магниторотационной гиперновой. На производство этих элементов в результате слияния двух нейтронных звёзд потребовалось бы очень долгое время – которого просто не было на ранних этапах формирования галактики.

Кроме того, во время слияния нейтронных звёзд появляются только тяжёлые элементы, поэтому более лёгкие – такие, как кальций, имеющийся в составе звезды – должен был произвести кто-то ещё. Такой двойной сценарий, хотя и возможен, очень маловероятен.