Найдена очень странная звезда с рекордным количеством химических элементов в составе
Большинство элементов, составляющих звезду — тяжелые, из нижней части периодической таблицы, редко встречающиеся в небесных светилах.
Поскольку эти элементы могут образовываться только в чрезвычайно энергичных событиях, таких как сверхновые или слияния нейтронных звезд, с помощью механизма, называемого процессом быстрого захвата нейтронов, состав этой звезды может быть средством для изучения того, как образуются тяжелые элементы.
«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», — поделился астроном Ян Редерер из Мичиганского университета.
По его словам, эти элементы были созданы в процессе быстрого захвата нейтронов. Звезды — это «фабрики», которые производят большинство элементов во Вселенной. На заре мироздания водород и гелий — по-прежнему два самых распространенных элемента в космосе — составляли почти всю материю.
Как образуются звезды
Первые звезды образовались, когда гравитация стянула вместе сгустки этого водорода и гелия. В термоядерных печах своих ядер эти звезды перековывали водород в гелий; затем гелий в углерод; и так далее, сплавляя более тяжелые элементы по мере того, как у них заканчиваются более легкие, пока не будет получено железо.
Железо тоже может плавиться, но оно потребляет огромное количество энергии — больше, чем производит такой синтез, поэтому конечным пунктом и стало железное ядро. Ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, разрушается под действием силы тяжести, после чего звезда взрывается.
Для создания элементов тяжелее железа требуется быстрый процесс захвата нейтронов, или r-процесс. Действительно мощные взрывы вызывают ряд ядерных реакций, в которых атомные ядра сталкиваются с нейтронами, чтобы синтезировать элементы тяжелее железа.
«Вам нужно много свободных нейтронов и набор условий с очень высокой энергией, чтобы высвободить их и добавить к ядрам атомов», — отметил Редерер. «Есть не очень много сред, в которых это может произойти».
Это возвращает нас к HD 222925, расположенной примерно в 1460 световых годах от Земли, что, безусловно, немного странно. Она прошла стадию красного гиганта, у нее закончился водород для синтеза, и теперь она синтезирует в своем ядре гелий. В результате получилась звезда с низким содержанием металлов, с низким содержанием тяжелых элементов... но чрезвычайно обогащенная элементами, которые могут быть получены только с помощью r-процесса.
Следовательно, эти элементы каким-то образом были распределены по всему молекулярному облаку водорода и гелия, из которого образовалась HD 222925, около 8,2 миллиарда лет назад. Это «каким-то образом» должно было быть взрывом, выбросившим элементы r-процесса в космос.
Из чего состоит звезда-рекордсмен?
Следующий вопрос: какие элементы? Редерер и его команда использовали спектральный анализ, чтобы точно определить состав звезды. Дело в том, что некоторые элементы могут либо усиливать, либо приглушать определенные длины волн света, поскольку атомы поглощают и переизлучают фотоны. Затем эти особенности излучения и поглощения в спектре можно проанализировать и проследить до элементов, которые их произвели, и определить их распространенность. Из 65 элементов, идентифицированных таким образом, 42 — почти две трети — были элементами r-процесса.
К ним относятся галлий, селен, кадмий, вольфрам, платина, золото, свинец и уран. Поскольку HD 222925 не демонстрирует никаких других странностей в своем химическом составе, это означает, что мы можем рассматривать его как представителя выходов, произведенных источником r-процесса.
Хотя мы не знаем, произошли ли r-процессы, которые произвели эти элементы, при столкновении нейтронной звезды или при взрыве сверхновой, уровень детализации, который у нас есть сейчас, означает, что звезда может использоваться в качестве своего рода схемы для понимания выходных данных r-процесса.
«Теперь мы знаем подробный поэлементный вывод некоторого события r-процесса, которое произошло в начале Вселенной», — сказала физик Анна Фребель из Массачусетского технологического института. «Любая модель, которая пытается понять, что происходит с r-процессом, должна быть в состоянии воспроизвести эту древнюю катастрофу».