Сильные взрывы массивных намагниченных звезд могут создавать большинство тяжелых элементов Вселенной, таких как серебро и уран.

Эти элементы r-процесса, которые включают половину всех элементов тяжелее железа, также образуются при слиянии нейтронных звезд. Но только столкновения этих мертвых звезд не могут сформировать все элементы r-процесса, наблюдаемые во Вселенной. Теперь ученые определили тип энергетической сверхновой, называемой магнитовращательной гиперновой, в качестве еще одного потенциального места рождения этих элементов.

Результаты, описанные 7 июля в Nature, связаны с открытием пожилой звезды красного гиганта — возможно, 13 миллиардов лет — во внешних областях Млечного Пути. Анализируя элементарный состав звезды, который похож на книгу генетических инструкций звезды, астрономы снова заглянули в семейную историю звезды. По словам астронома Дэвида Йонга из Австралийского национального университета в Канберре, 44 различных элемента, наблюдаемых в звезде, предполагают, что она образовалась из материала, оставшегося «в результате особого взрыва одной массивной звезды вскоре после Большого взрыва».

По словам Йонга и его коллег, элементы древней звезды не являются остатками слияния нейтронных звезд. Его содержание определенных тяжелых элементов, таких как торий и уран, было выше, чем можно было бы ожидать от слияния нейтронных звезд. Кроме того, звезда также содержит более легкие элементы, такие как цинк и азот, которые не могут быть произведены в результате этих слияний. А поскольку в звезде крайне не хватает железа — элемента, который накапливается в течение многих звездных рождений и смертей, — ученые считают, что красный гигант — это звезда второго поколения, все тяжелые элементы которой возникли в результате одного предшествующего события типа сверхновой.

Моделирование предполагает, что это событие было магнитовращательной гиперновой, образовавшейся в результате смерти быстро вращающейся, сильно намагниченной звезды, по меньшей мере, в 25 раз превышающей массу Солнца. Когда эти звезды в конце своей жизни взрываются как сверхновые, у них может быть энергичная, богатая нейтронами среда, необходимая для образования тяжелых элементов.

Магнитовращающие гиперновые звезды могут быть похожи на коллапсары — массивные вращающиеся звезды, которые вместо взрыва коллапсируют в черные дыры. Коллапсары ранее также предлагались как место рождения элементов r-процесса.

Исследователи считают, что магнитовращающие гиперновые звезды встречаются редко, составляя только 1 из 1000 сверхновых. Даже в этом случае такие взрывы были бы в 10 раз чаще, чем слияния нейтронных звезд, и производили бы такое же количество тяжелых элементов за одно событие. Исследователи подсчитали, что наряду со своими менее энергичными аналогами, называемыми магнитовращающими сверхновыми, эти гиперновые звезды могут быть ответственны за создание 90 процентов всех элементов r-процесса. В ранней Вселенной, когда массивные, быстро вращающиеся звезды были более обычным явлением, такие взрывы могли иметь еще большее влияние.

«Наблюдения впечатляют», — говорит Стэн Вусли, астрофизик из Калифорнийского университета в Санта-Круз, который не принимал участия в новом исследовании. «Но нет никаких доказательств того, что содержание элементарных элементов в этой звезде с дефицитом металлов было получено в результате единственного события. Оно могло быть одно, но их могло быть и 10». По его словам, одним из этих событий могло быть даже слияние нейтронных звезд.

Ученые надеются найти больше звезд, таких как пожилой красный гигант, которые могут показать, насколько часто бывают магнитовращательные гиперновые звезды. На данный момент недавно проанализированная звезда остается «невероятно редкой и демонстрирует необходимость… больших обзоров для поиска таких объектов», — говорит Йонг.