Астрономы определили, что очень малометалличный красный гигант Млечного Пути SMSS 0224−5737 демонстрирует обилие элементов слабого r-процесса. Это говорит о том, что звезда возникла из газа, который был загрязнен веществом одной магнитовращательной сверхновой, считают ученые.
Процесс быстрого захвата атомным ядром нейтронов (r-процесс) сыграл важную роль в создании химического разнообразия во Вселенной и считается ответственным за рождение примерно половины элементов тяжелее железа, включая лантаниды и актиниды. Он требует экстремальных условий, например, вспышки гиперновых или слияния нейтронных звезд, сопровождаемого килоновыми. Однако до сих пор нет четкого понимания, какой вклад в рождение тяжелых элементов вносят разные события, где способен протекать r-процесс, и каковы их особенности.
Исследовать обогащение элементами r-процесса внутригалактических сред удобно путем наблюдений за малометалличными звездами с необычным составом, который указывает на захват тяжелых элементов от погибших звезд из юной Вселенной. Наблюдения за такими звездами показали, что можно выделить, как минимум, две вариации r-процесса: основной (обилие достаточно тяжелых элементов, таких как барий, европий или лантаниды) и слабый (обилие более легких элементов с зарядовым числом менее 56, таких как стронций или цирконий, и дефицит более тяжелых элементов r-процесса). Такое различие можно объяснить разными процессами рождения элементов, в частности, за слабый r-процесс могут отвечать вспышки сверхновых за счет коллапса ядра массивной звезды.
Группа астрономов во главе с Хироко Окада (Hiroko Okada) из обсерватории Ниси-Харима опубликовала результаты подробного анализа химического состава звезды SMSS J022423.27−573705.1 (или SMSS 0224−5737) при помощи спектров, полученных приемником UVES, установленным на наземном комплексе телескопов VLT, 10 августа 2018 года. Данные наблюдений позволили определить содержание в звезде 26 элементов, а также оценить верхние пределы содержания еще пяти элементов.
Светило первоначально заинтересовало ученых во время поиска малометалличных звезд Млечного Пути в рамках обзора неба SMSS (SkyMapper Southern Sky Survey) — оказалось, что это экстремально бедная металлами звезда, которая при этом демонстрировала наиболее высокое значение соотношение [Sr/Ba], что указывало на загрязнение элементами слабого r-процесса.
SMSS 0224−5737 представляется красным гигантом с эффективной температурой около 4,8 тысячи кельвин, массой около 0,8 массы Солнца и удаленностью от Солнца на уровне 17,5 тысячи световых лет. Общая металличность звезды составляет [M/H] = −3,8, что подтверждает ее статус как очень бедной металлами. При этом в SMSS 0224−5737 наблюдается низкое содержание углерода, высокое содержание азота и кислорода, наиболее большое из до сих пор измеренных содержание элементов слабого r-процесса, а также существенный дефицит элементов основного r-процесса. В частности, соотношение содержаний [Zn/Fe] составило 0,88, а [Ba/Fe] оказалось на уровне −1,45.
Подобные особенности состава звезды говорят о том, что она образовалась из газа, обогащенного элементами слабого r-процесса, а во время ее эволюции происходило превращение углерода в азот в результате активного перемешивания. Наилучшим кандидатом на роль элементов слабого r-процесса, по мнению ученых, в случае SMSS 0224−5737 выступает одна вспышка магнитовращательной сверхновой — редкий тип взрывов массивных звезд за счет коллапса ядра, где магнитное поле звезды и ее вращение играют центральную роль в динамике взрыва. Идеи слияния пары нейтронных звезд, сверхновой, вызванной захватом электронов или ветрами от протонейтронной звезды, возникающей при гибели массивной звезды, кажутся мало применимыми для этого светила.
Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Автор: Александр Войтюк