Астрономы увидели внутреннюю структуру умирающей звезды в ходе редкого вида космического взрыва, называемого «исключительно обеднённой сверхновой».
В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, Стив Шульце из Северо-Западного университета в США и его коллеги описывают сверхновую 2021yfj и толстую оболочку газа, окружающую её.
Их выводы подтверждают существующие теории о том, что происходит внутри массивных звёзд в конце их жизни и как они сформировали строительные блоки Вселенной, которую мы наблюдаем сегодня.
Как работают звёзды
Звёзды работают за счёт ядерного синтеза — процесса, при котором более лёгкие атомы сливаются в более тяжёлые, высвобождая энергию. Синтез происходит поэтапно в течение жизни звезды. Сначала водород (самый лёгкий элемент) сливается в гелий, затем образуются более тяжёлые элементы, такие как углерод. Самые массивные звёзды продолжают синтез неона, кислорода, кремния и, наконец, железа.
Каждый цикл горения протекает быстрее предыдущего. Водородный цикл может длиться миллионы лет, в то время как кремниевый цикл занимает всего несколько дней.
По мере того как ядро массивной звезды продолжает гореть, газ за пределами ядра приобретает слоистую структуру, где последовательные слои фиксируют состав циклов горения.
Пока всё это происходит в ядре звезды, она также теряет газ со своей поверхности, который уносится в космос звёздным ветром. Каждый цикл синтеза создаёт расширяющуюся оболочку газа, содержащую различную смесь элементов.
Что происходит, когда ядро массивной звезды наполняется железом?
Под воздействием огромного давления и температуры железо начинает сливаться, но, в отличие от синтеза более лёгких элементов, этот процесс поглощает энергию вместо того, чтобы высвобождать её.
Высвобождение энергии в результате синтеза поддерживает звезду, противодействуя силе гравитации. Теперь железное ядро обрушится. В зависимости от его первоначального размера, коллапсирующее ядро станет нейтронной звездой или чёрной дырой.
Процесс коллапса создаёт «отскок», который отправляет энергию и материю наружу. Это называется взрывом сверхновой с коллапсом ядра.
Взрыв освещает слои газа, выброшенные звездой ранее, позволяя нам увидеть, из чего они состоят. Во всех известных до сих пор сверхновых этот материал был либо водородом, гелием, либо углеродом, образованным в первых двух циклах ядерного горения.
Внутренние слои (слои неона, кислорода и кремния) образуются всего за несколько сотен лет до взрыва звезды, что означает, что у них нет времени далеко улететь от звезды.
Но именно это делает новую сверхновую SN2021yfj такой интересной. Шульце и его коллеги обнаружили, что материал за пределами звезды произошёл из кремниевого слоя, последнего слоя непосредственно над железным ядром, который формируется в течение нескольких месяцев.
Звёздный ветер, должно быть, вытеснил все слои вплоть до кремниевого до того, как произошёл взрыв. Астрономы не понимают, как звёздный ветер мог быть достаточно мощным, чтобы сделать это.
Наиболее вероятный сценарий — участие второй звезды. Если бы другая звезда вращалась вокруг той, что взорвалась, её гравитация могла бы быстро вытянуть глубокий кремниевый слой.
Каким бы ни было объяснение, этот взгляд вглубь звезды подтвердил наши теории о циклах ядерного синтеза внутри массивных звёзд.
Почему это важно? Потому что звёзды — это источник всех элементов. Углерод и азот производятся в основном звёздами с меньшей массой, подобными нашему Солнцу. Некоторые тяжёлые элементы, такие как золото, образуются в экзотических условиях сталкивающихся и сливающихся нейтронных звёзд.
Однако кислород и другие элементы, такие как неон, магний и сера, в основном образуются в результате взрывов сверхновых с коллапсом ядра.
Мы такие, какие есть, благодаря внутренней работе звёзд. Постоянное производство элементов в звёздах приводит к постоянным изменениям во Вселенной. Звёзды и планеты, сформировавшиеся позже, сильно отличаются от тех, что образовались в более ранние времена.
Когда Вселенная была моложе, в ней было гораздо меньше «интересных» элементов. Всё работало несколько иначе: звёзды горели горячее и быстрее, а планеты, возможно, формировались реже, иначе или вовсе не формировались.
Сколько сверхновых взрывается и что именно они выбрасывают в межзвёздное пространство — ключевой вопрос в понимании того, почему наша Вселенная и наш мир такие, какие они есть.
Материал предоставлен The Conversation.