Астрономы обнаружили звезду «золотого стандарта» в Млечном Пути

В окрестностях нашего Солнца в галактике Млечный Путь находится относительно яркая звезда, и в ней астрономам удалось определить самый широкий спектр элементов в звезде за пределами нашей Солнечной системы.

Исследование, проведенное под руководством астронома Мичиганского университета Яна Редерера, выявило 65 элементов в звезде HD 222925. Сорок два из выявленных элементов являются тяжелыми элементами, которые находятся в нижней части периодической таблицы элементов.

Идентификация этих элементов в одной звезде поможет астрономам понять так называемый “процесс быстрого захвата нейтронов”, или один из основных способов создания тяжелых элементов во Вселенной. Результаты исследования опубликованы на сайте arXiv и приняты к публикации в серии The Astrophysical Journal Supplement.

“Насколько мне известно, это рекорд для любого объекта за пределами нашей Солнечной системы. Что делает эту звезду такой уникальной, так это очень высокая относительная доля элементов, перечисленных в нижних двух третях периодической таблицы. Мы даже обнаружили золото”, – сказал Родерер. “Эти элементы были получены в результате процесса захвата быстрых нейтронов. Именно это мы и пытаемся изучить: физику, чтобы понять, как, где и когда были получены эти элементы”.

Процесс, также называемый “r-процессом”, начинается с присутствия легких элементов, таких как железо. Затем, быстро – порядка секунды – к ядрам легких элементов добавляются нейтроны. В результате образуются более тяжелые элементы, такие как селен, серебро, теллур, платина, золото и торий – такие, которые обнаружены на HD 222925, и все они, по словам астрономов, редко обнаруживаются в звездах.

“Для того чтобы высвободить нейтроны и добавить их в ядра атомов, необходимо много свободных нейтронов и очень высокая энергия”, – сказал Родерер. “Существует не так много сред, в которых это может произойти”.

Одна из таких сред была подтверждена: слияние нейтронных звезд. Нейтронные звезды – это разрушившиеся ядра сверхгигантских звезд, которые являются самыми маленькими и плотными из известных небесных объектов. Столкновение пар нейтронных звезд вызывает гравитационные волны, и в 2017 году астрономы впервые обнаружили гравитационные волны от сливающихся нейтронных звезд. Другой способ, при котором может происходить r-процесс, – это взрывная смерть массивных звезд.

“Это важный шаг вперед: признание того, где может происходить r-процесс.

Но гораздо больший шаг – сказать: “Что на самом деле произошло в результате этого события? Что там было произведено?” сказал Родерер. “Именно в этом и заключается суть нашего исследования”.

Элементы, которые Родерер и его команда идентифицировали в HD 222925, образовались либо в массивной сверхновой звезде, либо при слиянии нейтронных звезд в самом начале существования Вселенной.

Эта звезда может быть использована в качестве прокси для того, что могло бы произойти в результате одного из этих событий. Любая модель, разработанная в будущем, которая продемонстрирует, как r-процесс или природа производят элементы в нижних двух третях периодической таблицы, должна иметь ту же подпись, что и HD 222925, говорит Родерер.

Очень важно, что астрономы использовали инструмент космического телескопа “Хаббл”, который может собирать ультрафиолетовые спектры. Этот прибор сыграл ключевую роль в том, что астрономы смогли собрать свет в ультрафиолетовой части спектра – слабый свет, исходящий от такой холодной звезды, как HD 222925.

Астрономы также использовали один из телескопов Магеллана – консорциума, партнером которого является U-M – в обсерватории Лас-Кампанас в Чили для сбора света от HD 222925 в оптической части светового спектра.

Эти спектры кодируют “химические отпечатки пальцев” элементов внутри звезд, и чтение этих спектров позволяет астрономам не только определить элементы, содержащиеся в звезде, но и количество того или иного элемента в звезде.

Анна Фребель является соавтором исследования и профессором физики в Массачусетском технологическом институте. Она помогала в общей интерпретации картины элементов в HD 222925 и в том, как она влияет на наше понимание происхождения элементов в космосе.

“Теперь мы знаем подробный поэлементный результат какого-то события r-процесса, произошедшего на ранних стадиях Вселенной”, – сказала Фребель. “Любая модель, которая пытается понять, что происходит с r-процессом, должна быть способна воспроизвести это”.

Многие из соавторов исследования входят в группу под названием “Альянс R-процесса” – группу астрофизиков, занимающихся решением больших вопросов, связанных с r-процессом. Этот проект знаменует собой одну из ключевых целей группы: определить, какие элементы и в каких количествах были получены в r-процессе с беспрецедентным уровнем детализации.