С использованием яркого гамма-излучения в качестве ориентира космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) обнаружил наличие тяжёлого элемента теллура в области столкновения нейтронных звезд. Это важное открытие приближает ученых к лучшему пониманию происхождения самых тяжёлых элементов во Вселенной.
Ученые знают, что элементы легче железа формируются в ядрах массивных звезд. Однако даже такие звезды не могут создать достаточно горячие и плотные условия для образования более тяжёлых элементов, таких как золото, платина или теллур.
Нейтронные звезды возникают, когда звезды больше не могут поддерживать ядерный синтез и коллапсируют под своей собственной гравитацией. Этот процесс создает настолько плотную материю, что даже чайная ложка её весит 10 миллионов тонн. Столкновение нейтронных звезд приводит к распылению этой плотной материи в окружающем пространстве. Эта материя богата свободными нейтронами, которые могут быть захвачены атомами, создавая нестабильные атомы. Позднее они распадаются на более тяжёлые элементы с большим числом протонов и нейтронов, такие как теллур. Этот процесс также сопровождается излучением, которое астрономы видят как яркий взрыв, известный как килоновая звезда.
Дарач Уотсон, доцент Центра космического рассвета Института Нильса Бора в Дании, подчеркивает роль килоновых звезд в производстве тяжёлых элементов, но убедительных доказательств этого процесса до сих пор не было, в частности из-за редкости событий килоновых. Однако открытие, сделанное с помощью JWST, приближает исследователей к получению таких доказательств.
"Ранее были обнаружены более легкие элементы, такие как стронций и иттрий в одном из предыдущих наблюдений килоновых, но эти элементы содержат от 85 до 90 протонов и нейтронов. Открытие теллура, который содержит 128 протонов и нейтронов, приближает ученых к нахождению элементов, более близких к самым тяжелым в периодической таблице, таким как уран с около 235 протонами и нейтронами" — отмечает Уотсон.
Чтобы сделать это важное открытие и впервые обнаружить одиночный элемент в окружении слияния нейтронных звезд, JWST использовала гамма-всплеск GRB 230307A, который был впервые обнаружен космическим гамма-телескопом Ферми в марте 2023 года. Этот всплеск был необычайно ярким, приблизительно в 1000 раз ярче, чем обычные гамма-всплески, и продолжался 200 секунд. Исследователи считают, что он был результатом столкновения нейтронных звезд, которое само по себе было необычным, так как обычно такие события создают гораздо короткие гамма-всплески.
С использованием множества наземных и космических телескопов, ученые смогли наблюдать источник GRB 230307A в разных диапазонах света, включая гамма-, рентгеновский, оптический, инфракрасный и радиоволновой. Эти наблюдения подтвердили, что источник соответствует характеристикам килонового взрыва.
В последних стадиях взрыва килоновой волны стали ненаблюдаемыми с Земли, так как они переместились в инфракрасную область. Но именно в этот момент инфракрасные детекторы JWST пришли на помощь, обнаруживая характерные выбросы теллура.
Кроме того, JWST обнаружил спиральную галактику на расстоянии 120 000 световых лет от места слияния нейтронных звезд. Это место, вероятно, является источником мёртвых звезд. Ученые предполагают, что нейтронные звезды, участвовавшие в слиянии и создавшие килоновую, были изгнаны из этой галактики как двойные звезды и в конечном итоге слились в этой спиральной галактике.
"Обнаружение тяжёлых элементов в процессе слияния нейтронных звезд стало возможным благодаря JWST, самому мощному космическому телескопу, когда-либо созданному человечеством. Он утверждает, что ничто другое не способно сравниться с чувствительностью JWST, особенно в инфракрасном диапазоне длин волн", — подчеркивает Уотсон.
Это открытие стало большим шагом в понимании происхождения самых тяжёлых элементов во Вселенной.