Вчені десятиліттями обговорювали, де у Всесвіті утворюються хімічні елементи важче заліза. Астрономи виявили кілька джерел, але одна з інтригуючих гіпотез досі залишалася неперевіреною. Мова йде про злиття нейтронних зірок. Тепер найбільший у світі телескоп приніс дослідникам довгоочікувані докази.
Досягнення описано в науковій статті, опублікованій в журналі Nature.
Нагадаємо, що безпосередньо після Великого вибуху утворилися тільки водень, гелій і незначна кількість літію, берилію і бору. Всі інші хімічні елементи виникли в результаті інших процесів.
Основний “хімічний комбінат” у Всесвіті – це, звичайно, надра зірок. Там легші атомні ядра зливаються один з одним у більш важкі: з водню утворюється гелій, і так далі. Але найважчим елементом, який утворюється в їх термоядерних топках, є залізо, а це тільки двадцять шостий елемент таблиці Менделєєва з дев’яноста зустрічаються в природі. Як же виникли інші 64 елементи?
Як вважають вчені, близько половини всіх важких атомних ядер, що утворилися в результаті так званого r-процесу (від англійського слова rapid – “швидкий”). Мова йде про те, що атомне ядро масово бомбардується нейтронами.
Нагадаємо, що основна перешкода на шляху злиття двох ядер – їх однойменний заряд, через який вони відштовхуються. А ось нейтрон не має електричного заряду, тому він безперешкодно може проникнути в ядро, і вже там перетворитися в протон з випусканням електрона. Таким шляхом можуть утворитися навіть найважчі елементи, аж до трансуранових.
Однак подібний процес вимагає екстремальної температури і щільності потоку нейтронів. Де можуть виникнути подібні умови? Наприклад, при вибуху наднової, і це вже підтверджено спостереженнями.
Однак є й ще один шлях. Мова йде про зіткнення і злиття нейтронних зірок. Цей сценарій обговорювався десятиліттями, але спостережних даних не вистачало, щоб перевірити його.
Перша подія, яке однозначно являло собою зіткнення нейтронних зірок, була зафіксована 17 серпня 2017 року. Астрономи направили в цю точку неба кращі телескопи, щоб зібрати більше інформації про довгоочікуване явище.
За допомогою спектрографа X-shooter на найбільшому у світі оптичному телескопі VLT були отримані спектри спалаху в ультрафіолеті, видимому світлі і ближньому інфрачервоному діапазоні.
Практично відразу вчені виявили ознаки наявності на місці спалаху важких елементів, але не могли сказати, яких саме.
У новому дослідженні астрономи представили результати ретельного аналізу отриманих спектрів. Вони підтвердили, що мова йде про лінії стронцію.
Пояснимо, що кілоновими називаються спалахи, що відбуваються при злитті двох нейтронних зірок або ж нейтронної зірки чорною дірою. Таку назву вони отримали в зв’язку з тим, що при цьому виділяється приблизно у тисячу разів більше енергії, ніж при спалаху нової зірки.
Завдяки спостереженням гравітаційних хвиль відомо кілька злиттів нейтронних зірок один з одним і щонайменше одне зіткнення з чорною дірою. Однак спалах, що супроводжує гравітаційний сплеск, поки спостерігався лише в серпні 2017 року. Правда, астрономи час від часу спостерігають космічні вибухи, природу яких у свій час не вдалося певно встановити. Як мінімум в одній з них вже впізнано кілонова.
Відкриття підтвердило ще й той факт, що надра нейтронних зірок дійсно складаються з нейтронів. Раніше астрономи судили про це за непрямими ознаками, таким як жахлива щільність цих об’єктів.