Астрономы из Центра вычислительной астрофизики и института Флэтайрон в Нью-Йорке (США) доказали, что именно этот сигнал вызвал рождение тяжелых элементов, сообщает Astrophysical Journal.
Это был всего лишь второй раз, когда ученые когда-либо напрямую видели доказательства источника образования этих элементов, заявил соавтор исследования Брайан Метцгер, профессор Колумбийского университета.
Ученые давно знают, как рождаются легкие элементы — водород, гелий, углерод. Они появляются внутри звезд или во время их гибели. Но с тяжелыми элементами, такими как золото, платина или уран, все сложнее. Для их появления нужны особые условия — огромное давление, высокая плотность и масса свободных нейтронов. Такие условия создает r-процесс — цепочка ядерных реакций, которая может происходить только при экстремальных космических событиях.
До недавнего времени считалось, что единственным надежным источником тяжелых элементов являются столкновения нейтронных звезд. Эти сверхплотные объекты, оставшиеся после гибели массивных светил, при слиянии создают нейтронное облако, где и запускается r-процесс. Однако таких событий происходит мало, и они не могут объяснить все золото и платину, которые мы наблюдаем в нашей Галактике.
Астрофизики доказали, что тяжелые элементы могут также рождаться во время гигантских вспышек магнетаров — редчайших, но крайне мощных выбросов энергии от особого типа нейтронных звезд с чрезвычайно сильными магнитными полями, в триллионы раз мощнее земного. Иногда эти поля становятся нестабильными, и тогда внешний слой звезды взрывается, выбрасывая в космос огромное количество энергии и вещества. Один такой случай произошел в декабре 2004 года, когда гамма-всплеск от звезды SGR 1806−20 зафиксировали сразу несколько космических телескопов. Основной сигнал длился меньше секунды, но был настолько мощным, что даже повлиял на земную ионосферу.
Однако спустя 10 минут телескопы зафиксировали второй, более слабый, но длительный сигнал. Тогда он остался без объяснения. Только спустя почти 20 лет, в 2024 году, ученые пересмотрели данные с новыми моделями и поняли — именно этот слабый сигнал был признаком рождения тяжелых элементов. Модель показала, что вещество, выброшенное с поверхности магнетара, содержит достаточно нейтронов для запуска r-процесса. В результате формируются нестабильные тяжелые ядра, которые распадаются, превращаясь, например, в золото или платину, и выделяют свет — как раз тот, что был замечен в 2004 году.
По оценкам исследователей, та вспышка могла создать тяжелых элементов эквивалентно одной массе Марса. А если учесть, что такие события могут происходить в нашей галактике раз в несколько десятилетий, их вклад в «золотой фонд» Вселенной становится весьма значимым — от 1 до 10% всех тяжелых элементов в Млечном Пути могли родиться именно так. Особенно важно, что такие вспышки, в отличие от слияний нейтронных звезд, могут происходить уже на ранних этапах эволюции галактик. Это помогает объяснить, почему в самых старых звездах уже содержится много тяжелых элементов.
Чтобы подтвердить эти выводы, астрономам нужно поймать больше таких событий. Но это непросто, потому что вспышки магнетаров редки, и на реакцию остаются считанные минуты. Помочь в этом должны будущие космические телескопы, например, NASA Compton Spectrometer and Imager, запуск которого запланирован на 2027 год. Он сможет быстро реагировать на гамма-всплески и фиксировать характерное послесвечение от образования новых элементов.
Так что, возможно, в ближайшие годы мы увидим, как буквально на наших глазах во Вселенной рождается золото — в прямом и физическом смысле этого слова.
Ранее Наука Mail рассказывала об одном из магнетаров, который блуждает по Млечному Пути.
