Рождение тяжелых элементов

Космические всплески гамма-излучения, которые впервые обнаружили в середине прошлого века, длятся от секунд до минут. Причина долгоживущих всплесков — это термоядерные взрывы сверхновых, случающиеся в конце жизни звезд. Короткие всплески отражают формирование килоновых звезд, возникающих при слиянии нейтронной звезды с такой же звездой или с черной дырой.

Всплеск GRB230307A, второй по яркости за последние полстолетия, произошел в марте 2023 года. Первым его обнаружил «Космический гамма-телескоп Ферми». Величина излучения в тот момент в тысячу раз превысила типичную для всплеска. Тогда же с помощью многочисленных телескопов наблюдатели точно определили источник всплеска и проследили, как менялась яркость за 200 секунд его существования. При этом цвет послесвечения изменился с синего на красный.

Хотя длительность всплеска указывала на сверхновую, астрофизики нашли в свечении отпечатки ядерного синтеза, свойственного коротким вспышкам, и сделали вывод, что образовалась килоновая звезда. Вспышка была результатом слияния двух нейтронных звезд в галактике, расположенной на расстоянии в 1 миллиард световых лет.

Необычные черты всплеска, не вписывающегося в прежние схемы явления, взялась исследовать международная группа ученых во главе с профессором Университета Неймегена Эндрю Леваном (Andrew J. Levan). Недавно с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» ей удалось получить изображение и спектр области источника всплеска.

Исследователи обнаружили эмиссионную спектральную линию на длине волны в 2,15 мкм и интерпретировали ее как след теллура с атомным весом 130, одного из самых редких элементов на Земле. Теоретики уже предполагали, что килоновые звезды должны синтезировать теллур, но обнаружение его спектральной линии все равно оказалось неожиданным. Астрофизики пришли к выводу, что источник излучал основную долю света в среднем инфракрасном диапазоне из-за производства лантанидов.

Современная астрофизика считает, что в результате Большого взрыва сначала образовались водород и гелий, а остальные элементы появляются в процессах, происходящих в межзвездной среде и звездах. Некоторые из них достаточно массивны и не взрываются. Благодаря термоядерным реакциям они не спеша возвращают свой материал в газообразную среду, из которой впоследствии снова образуются звезды. Таким образом, во Вселенной существует цикл, в результате которого ее обогащают углерод, азот, кислород. Последовательное образование все более тяжелых элементов завершается на железе.

Ядерная астрофизика утверждает, что у более тяжелых элементов особое происхождение. Они появляются при быстром и медленном захватах ядрами нейтронов. Первый, r-процесс, и происходит при слиянии нейтронных звезд. Таким образом астрофизики показали, что при всплесках он играет ключевую роль в нуклеосинтезе тяжелых элементов во Вселенной. Статью об исследовании можно скачать на сайте журнала Nature.