В окрестностях нашего Солнца в Галактике Млечный Путь находится относительно яркая звезда, в которой астрономы успешно идентифицировали самый широкий спектр элементов, найденных в звездах за пределами нашей Солнечной системы на сегодняшний день.
Исследования, проведенные астрономом из Мичиганского университета Яном Редерером, выявили 65 элементов в звезде HD 222925. Сорок два из идентифицированных элементов являются тяжелыми элементами, которые перечислены в нижней части периодической таблицы .
Идентификация этих элементов в одной звезде поможет астрономам понять процесс, называемый «быстрый захват нейтронов », один из основных способов образования тяжелых элементов во Вселенной. Исследование было опубликовано на arXiv и принято к публикации в серии приложений Astrophysical Journal.
Насколько мне известно, это рекорд для любого объекта за пределами нашей Солнечной системы. И что делает эту звезду такой особенной, так это то, что она имеет очень высокую относительную долю элементов, перечисленных в нижней части таблицы Менделеева. Мы даже обнаружили золото , — сказал Редерер. Эти элементы были созданы в процессе быстрого захвата нейтронов. Это то, что мы пытаемся исследовать: физика в понимании того, как, где и когда были созданы эти элементы.
Процесс начинается с присутствия более легких элементов, таких как железо. Затем к ядрам более легких элементов быстро добавляются нейтроны — в течение одной секунды. Это создает более тяжелые элементы, такие как селен, серебро, теллур, платина, золото и торий, которые, по словам астрономов, встречаются в HD 222925 и редко встречаются в звездах.
По словам Редерера, требуется много свободных нейтронов и набор очень высоких энергетических условий, чтобы высвободить их и добавить к ядрам атомов . Не так много сред, где это может произойти, может быть, две.
Одна из этих сред была подтверждена: слияние нейтронных звезд . Нейтронные звезды — это схлопнувшиеся ядра гигантов и самые маленькие и самые плотные из известных небесных объектов. Пары нейтронных звезд сталкиваются с образованием гравитационных волн , а в 2017 году астрономы впервые обнаружили гравитационные волны от слияния нейтронных звезд. Другой способ, которым может происходить r-процесс, — это взрывная смерть массивных звезд.
Это важный шаг вперед: распознать, где может происходить процесс укладки, но гораздо больший шаг — выяснить: к чему на самом деле привело это событие? Что там производили? — сказал Редерер. Вот тут-то и начинается наше исследование.
Элементы, которые Редерер и его команда идентифицировали в HD 222925, образовались либо в массивной сверхновой , либо в результате слияния нейтронных звезд на очень ранней стадии существования Вселенной. Материя была выброшена в открытый космос, где позже превратилась в звезду, которую в настоящее время изучает Редерер.
Эту звезду можно использовать как приближение к тому, что могло бы произойти в результате одного из этих событий. Любая модель, разработанная в будущем, которая покажет, как r-процесс или природа производит элементы из нижней ⅔ таблицы Менделеева, должна иметь ту же сигнатуру, что и HD 222925, говорит Редерер.
Важно отметить, что астрономы использовали инструмент на космическом телескопе Хаббл , который может собирать ультрафиолетовые спектры . С помощью этого инструмента астрономы смогли собрать свет в ультрафиолетовой части спектра — слабый свет от такой холодной звезды, как HD 222925.
Астрономы также использовали один из телескопов Magellan в обсерватории Лас-Кампанас в Чили для изучения света от HD 222925 в оптической части спектра.
Эти спектры кодируют «химический отпечаток» элементов в звездах, и их чтение позволяет астрономам не только идентифицировать элементы, содержащиеся в звезде, но и определить, сколько данного элемента содержится в звезде.
Анна Фребель — соавтор исследования и профессор физики Массачусетского технологического института. Это помогло интерпретировать картину обилия элементов в HD 222925 в целом и то, как она передала наше понимание происхождения элементов в космосе.
«Теперь мы знаем подробный результат квадратного корня некоторого события r-процесса, которое произошло в начале Вселенной» , — сказал Фербель. Любая модель, пытающаяся понять, что происходит с r-процессом, должна быть в состоянии это воспроизвести.