Астрономи наблизилися до розуміння того, як зорі створюють хімічні елементи, з яких складаються Земля, наші тіла та майже все навколо. Два нові дослідження, про які розповідає видання Space Astronomy, уточнюють, як вибухи наднових синтезують ці елементи та розкидають їх по Всесвіту.
Яскраві смерті масивних зірок у вигляді наднових спостерігають уже століттями, але детальний механізм таких вибухів досі лишається не до кінця зрозумілим. Нові роботи дають змогу краще змоделювати ці події та зіставити моделі з реальними спостереженнями.
Радіоактивний титан-44 як «мітка» наднових
Перша наукова праця зосереджена на одному з підходів до вивчення наднових — через радіоактивний елемент титан-44. Він утворюється під час вибуху зірки та зберігається ще довго після того, як наднова згасає, слугуючи своєрідним слідом події.
Дослідники отримали експериментальні дані, які дозволили оцінити, скільки титану-44 насправді утворюється в надновій. Виявилося, що такі космічні вибухи продукують приблизно на 35% більше цього елемента, ніж передбачали попередні розрахунки.
Завдяки цьому вчені тепер можуть будувати точніші комп’ютерні моделі наднових і порівнювати їх із астрономічними спостереженнями. Це має суттєво наблизити розуміння того, як саме розгортається вибух масивної зорі.
Постдокторант Крістофер Казінс (Christopher Cousins) з Університету Суррея зазначив, що ще кілька десятиліть тому такі вимірювання вважалися недосяжними, а тепер вони дають нове уявлення про одну з найбільших нерозв’язаних загадок астрофізики.
Тип I наднових і роль нікель-мідного циклу
Друга робота присвячена особливому типу зоряних вибухів — надновим типу I. Вони виникають, коли надщільна зоряна рештка, нейтронна зоря, «витягує» речовину з близької зорі-компаньйона.
Нейтронна зоря — це зоряний «труп» із масою приблизно від однієї до двох мас Сонця, стиснутою в кулю діаметром близько 20 кілометрів. Її гравітація настільки сильна, що, коли вкрадена зоряна речовина падає на поверхню, це запускає термоядерний вибух.
Під час таких вибухів утворюються важкі елементи й вивільняється колосальна енергія, частина якої проявляється у вигляді рентгенівських спалахів. Автори другої роботи з Лабораторії рідкісних ізотопних пучків (FRIB) у Мічигані детально вивчили ядерну реакцію, що запускає ці рентгенівські спалахи, точніше, ніж це було можливо раніше.
Це дозволило прояснити давню дискусію щодо так званого нікель-мідного циклу — тимчасового «захоплення» ядерної речовини під час вибуху. Довгий час було незрозуміло, чи справді частина матеріалу під час рентгенівських спалахів потрапляє в цей цикл.
Нові результати показують, що таке захоплення відбувається, але лише в невеликих кількостях. Це дає чіткіше уявлення про те, як саме розвиваються наднові типу I та як у цих умовах синтезуються елементи.
Крок до розуміння походження хімічних елементів
Попри десятиліття досліджень, фізики досі не мають повної картини ядерних реакцій, що живлять найяскравіші зоряні вибухи у Всесвіті. Нові вимірювання титану-44 та уточнення ролі нікель-мідного циклу допомагають заповнити ці прогалини.
За словами Ґевіна Лотея (Gavin Lotay) з Університету Суррея, ці дві роботи дають значно ясніше уявлення про те, як відбуваються такі вибухи. Це дозволяє точніше порівнювати теоретичні моделі з астрономічними спостереженнями та наближає науку до відповіді на запитання, як у Всесвіті створюються й розповсюджуються хімічні елементи.
Обидві статті були опубліковані в липневому випуску журналу Physical Review Letters.