Понимание происхождения химических элементов позволяет реконструировать эволюцию Вселенной и происхождение органической жизни. Мы знаем, что многие элементы образуются в результате термоядерных реакций во время вспышек сверхновых, которые затем выбрасывают их во Вселенную. Но происхождение некоторых ключевых элементов оставалось загадкой.
Хлор и калий, элементы с нечетным числом протонов, необходимы для жизни и формирования планет. Согласно современным теоретическим моделям, звезды производят лишь десятую часть того количества этих элементов, которое наблюдается во Вселенной. Это несоответствие уже давно озадачивает астрофизиков — откуда берутся хлор и калий?
Этот ключевой вопрос вдохновил группу исследователей из Киотского университета и Университета Мэйдзи на изучение остатков сверхновых на предмет наличия следов этих элементов. С помощью XRISM — сокращенно от X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, рентгеновского спутника, запущенного Японским агентством аэрокосмических исследований в 2023 году, — команда провела спектроскопические наблюдения с высоким разрешением остатков сверхновой Кассиопеи А в Млечном Пути. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
Ученые использовали микрокалориметр Resolve на борту XRISM, который обеспечивает энергетическое разрешение на порядок выше, чем у предыдущих рентгеновских детекторов. Это позволило им обнаружить слабые эмиссионные линии редких элементов. Затем они проанализировали рентгеновский спектр Кассиопеи А и сравнили содержание хлора и калия с несколькими моделями нуклеосинтеза сверхновых.
Команда обнаружила четкие линии рентгеновского излучения обоих элементов, содержание которых оказалось кратно выше, чем предсказывают стандартные модели. Это стало первым наблюдательным доказательством того, что сверхновая может производить достаточное количество хлора и калия для удовлетворения потребностей окружающей звездной популяции.
Команда предполагает, что интенсивное перемешивание вещества внутри массивных звезд, вызванное быстрым вращением, приливным взаимодействием двойных звезд или слиянием оболочек, также может значительно увеличить производство этих элементов даже без экстремальных сценариев.
Впервые увидев данные Resolve, мы были поражены. Мы обнаружили элементы, которые не ожидали увидеть до запуска. Сделать такое открытие с помощью разработанного нами спутника — счастье для исследователя!Тосики Сато
Команда планирует с помощью XRISM изучить другие остатки сверхновых, чтобы определить, характерно ли для них повышенное содержание хлора и калия или это особенность только Кассиопеи А. Это поможет выяснить, являются ли такие процессы внутреннего перемешивания универсальной особенностью звездной эволюции.
Об экстремальном танце белого и красного карликов, который с большой вероятностью закончится взрывом сверхновой, читайте в материале Hi-Tech Mail.