Подробный список элементов и их количества позволит разобраться в r-процессе — самом распространенном во Вселенной сценарии формирования элементов тяжелее железа.
Астрономы определили 65 элементов в составе старой звезды HD 222925 , расположенной в гало Млечного пути. Из них 42 — тяжелые элементы вроде серебра и золота. Статья с результатами исследования выйдет в журнале Astrophysical Journal Supplement Series, а пока доступна на сайте arXiv.
К тому моменту, как Вселенная остыла после Большого взрыва, в ней успели сформироваться лишь самые простые химические элементы. Звезды ненамного расширили это разнообразие за счет синтеза в своих недрах. И все же основная часть таблицы Менделеева «родилась» во взрывах сверхновых и столкновениях нейтронных звезд.
Формирование тяжелых элементов при этом чаще всего происходит за счет последовательного захвата нейтронов. Для этого необходимо большое количество этих элементарных частиц и высокоэнергетические условия, в которых нейтроны могут отделяться и крепиться к ядрам атомов. Этот так называемый r-процесс всегда протекает за доли секунды — быстрее, чем успевает произойти радиоактивный распад. Именно так образовалось разнообразие тяжелых элементов в HD 222925, в числе которых — вольфрам, иридий, платина и золото.
Настолько тяжелые элементы редко удается засечь даже в обогащенных r-процессом звездах. А HD 222925 — одна из самых ярких известных таких звезд, поэтому так интересна ученым. Команда начала описывать ее тяжелые элементы еще несколько лет назад по оптическому спектру. Расширить этот список удалось за счет наблюдений «Хаббла» в ультрафиолетовом спектре. Подробный состав позволит разобраться, в каких условиях сформировалась звезда.
«Насколько я знаю, это рекордное [количество выявленных элементов] для объекта за пределами Солнечной системы. Звезда уникальна тем, что значительная часть ее элементов находится в нижних двух третях периодической таблицы, — объясняет Иан Рёдерер (Ian Roederer), астроном из Мичиганского университета. — Эти элементы образовались во время быстрого процесса захвата нейтронов. Именно его мы и пытаемся изучить: физику того как, где и когда формировались эти элементы».
Элементы в составе HD 222925 образовались либо в результате взрыва массивной сверхновой, либо во время слияния нейтронных звезд в молодой Вселенной. Главное, что настолько подробный состав можно использовать для проверки гипотез и моделей r-процесса.
«Теперь мы знаем детализированный список элементов, получившихся в ходе какого-то r-процесса, произошедшего в молодой Вселенной, — комментирует соавтор Анна Фребел (Anna Frebel), профессор физики из Массачусетского технологического института. — Любая модель, которая будет описывать r-процесс, должна будет воспроизводить и этот результат».
Многие авторы нового исследования — члены так называемого Альянса r-процесса, группы астрофизиков, которая стремится ответить на все вопросы о столь быстром формировании тяжелых элементов. Сейчас они достигли одной из ключевых целей — максимально детализированно определили, какие элементы и в каком количестве формируются во время быстрого процесса захвата нейтронов.