Что содержится в звезде? Ну, если вы высокоразвитая особь под названием HD 222925, находящаяся на закате своей жизни, то довольно много.
Ученые провели анализ этого тусклого объекта и выявили 65 отдельных элементов. Это наибольшее количество элементов, когда-либо обнаруженных в одном объекте за пределами Солнечной системы, и большинство из них — тяжелые элементы из нижней части периодической таблицы, редко встречающиеся в звездах.
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 стать средством, позволяющим узнать больше о том, 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 очень высокая относительная доля элементов, перечисленных в нижних двух третях периодической таблицы. Мы даже обнаружили золото», — говорит астроном Ян Редерер из Мичиганского университета.
«Эти элементы были получены в результате процесса захвата быстрых нейтронов. Это действительно то, что мы пытаемся изучить: физика в понимании того, как, где и когда были получены эти элементы».
Звезды — это фабрики, которые производят большинство элементов во Вселенной. В ранней Вселенной водород и гелий — два самых распространенных элемента в космосе — составляли практически всю материю.
Первые звезды образовались в результате гравитационного притяжения сгустков водорода и гелия. В печах ядерного синтеза своих ядер эти звезды перерабатывали водород в гелий, затем гелий в углерод и так далее, соединяя все более тяжелые элементы по мере того, как заканчивались более легкие, пока не образовалось железо.
Железо может плавиться, но на это расходуется огромное количество энергии — больше, чем выделяется при таком плавлении, — поэтому конечной точкой является железное ядро. Ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, разрушается под действием гравитации, и звезда взрывается.
Чтобы создать элементы тяжелее железа, необходим процесс захвата быстрых нейтронов, или r-процесс. Действительно энергичные взрывы вызывают серию ядерных реакций, в которых атомные ядра сталкиваются с нейтронами для синтеза элементов тяжелее железа.
«Вам нужно много свободных нейтронов и очень высокоэнергетический набор условий для их высвобождения и присоединения к ядрам атомов», — сказал Родерер. «Существует не так много условий, в которых это может произойти».
Это возвращает нас к HD 222925, расположенной на расстоянии около 1460 световых лет от нас, которая, безусловно, является немного странной. Она уже прошла стадию красного гиганта, у нее закончился водород для слияния, и теперь в ее ядре происходит слияние гелия. Это также так называемая «бедная металлами» звезда, с низким содержанием тяжелых элементов… но чрезвычайно обогащенная элементами, которые могут быть получены только в r-процессе.
Следовательно, элементы r-процесса каким-то образом были распределены по молекулярному облаку водорода и гелия, из которого сформировалась HD 222925, примерно 8,2 миллиарда лет назад. Это «каким-то образом» должно было быть взрывом, который выплеснул элементы r-процесса в космос.
Следующий вопрос: какие элементы? И вот тут HD 222925 оказывается полезной. Мы уже знали, что звезда богата элементами r-процесса. Родерер и его команда использовали спектральный анализ, чтобы определить, какие именно элементы в ней содержатся. Этот метод основан на разделении длины волны света от звезды на спектр длин волн.
Определенные элементы могут либо усиливать, либо ослаблять определенные длины волн света, поскольку атомы поглощают и переизлучают фотоны. Эти особенности излучения и поглощения в спектре могут быть затем проанализированы и прослежены до элементов, которые их произвели, и определить их количество. Из 65 элементов, которые команда определила 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 считать его представителем урожая, полученного из источника r-процесса.
Хотя мы не знаем, произошел ли r-процесс, в результате которого образовались эти элементы, при столкновении нейтронных звезд или в бурной сверхновой, уровень детализации, который мы теперь имеем, означает, что звезда может быть использована как своего рода чертеж для понимания выхода r-процесса.
«Теперь мы знаем подробный элемент за элементом результат какого-то события r-процесса, произошедшего на ранней стадии Вселенной», — сказала физик Анна Фребель из Массачусетского технологического института.
«Любая модель, которая пытается понять, что происходит с r-процессом, должна быть способна воспроизвести это».
Исследование было принято в серию дополнений к «Астрофизическому журналу».
Оригинал earth-chronicles.ru
