Почему мы здесь?
Вопрос о происхождении человечества — один из самых фундаментальных и постоянных вопросов. Поиск истоков элементов — это попытка ответить на него на глубоком уровне. Мы знаем, что многие элементы создаются внутри звёзд и сверхновых, которые затем выбрасывают их во Вселенную. Однако происхождение некоторых ключевых элементов оставалось загадкой.
Хлор и калий — элементы с нечётным числом протонов — необходимы для жизни и формирования планет
Согласно современным теоретическим моделям, звёзды производят лишь около одной десятой части того количества этих элементов, которое наблюдается во Вселенной. Это расхождение давно озадачивало астрофизиков.
Группа исследователей из университетов Киото и Мэйдзи решила изучить остатки сверхновых на наличие следов этих элементов
Используя XRISM — сокращение от X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, рентгеновский спутник, запущенный JAXA в 2023 году, — команда смогла провести рентгеновские спектроскопические наблюдения остатка сверхновой Кассиопея А в Млечном Пути с высоким разрешением.
Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
Учёные использовали прибор микрокалориметр Resolve на борту XRISM
Прибор обеспечивает высокое энергетическое разрешение на порядок лучше, чем у предыдущих рентгеновских детекторов, что позволило обнаружить слабые эмиссионные линии редких элементов. Затем они проанализировали рентгеновский спектр Кассиопеи А и сравнили содержание хлора и калия с несколькими моделями нуклеосинтеза сверхновых.
Команда обнаружила чёткие рентгеновские эмиссионные линии обоих элементов в гораздо большем количестве, чем предсказывали стандартные модели сверхновых. Это стало первым наблюдаемым доказательством того, что сверхновая может создать достаточное количество хлора и калия.
Команда предполагает, что сильное перемешивание внутри массивных звёзд, вызванное быстрым вращением, бинарным взаимодействием или событиями слияния оболочек, может значительно увеличить производство этих элементов.
«Когда мы впервые увидели данные Resolve, мы обнаружили элементы, которые я никогда не ожидал увидеть до запуска. Делать такое открытие с помощью спутника, который мы разработали, — это настоящая радость для исследователя», — говорит ответственный автор Тошики Сато.
Эти результаты показывают, что элементы, жизненно важные для жизни, были созданы в суровых, интенсивных условиях глубоко внутри звёзд, далёких от условий, необходимых для возникновения жизни. Исследование также демонстрирует возможности высокоточной рентгеновской спектроскопии для изучения происхождения элементов и физических процессов внутри звёзд.
«Я рад, что мы смогли, хотя бы немного, начать понимать, что происходит внутри взрывающихся звёзд», — говорит ответственный автор Хироюки Утида.
Далее команда планирует наблюдать за другими остатками сверхновых с помощью XRISM, чтобы определить, является ли усиленное производство хлора и калия обычным явлением для массивных звёзд или уникальным для Кассиопеи А. Это поможет выявить, являются ли такие процессы внутреннего перемешивания универсальной особенностью звёздной эволюции.
«Как появилась Земля и жизнь — это вечный вопрос, над которым хотя бы раз задумывался каждый. Наше исследование раскрывает лишь небольшую часть этой огромной истории, но я чувствую себя по-настоящему польщённым, что смог внести в неё свой вклад», — говорит ответственный автор Кай Мацунага.