Магнетари виявилися потужним джерелом важких елементів у Всесвіті

Протягом десятиліть походження найважчих елементів у природі, таких як золото, уран і платина, залишалося однією з найбільших загадок астрофізики. Ранній Всесвіт після Великого Вибуху містив переважно водень, гелій та незначну кількість літію. Пізніше важчі елементи, включаючи залізо, утворювалися в надрах зір. Однак механізм формування елементів, важчих за залізо, довгий час залишався нез'ясованим.

Нове дослідження, проведене науковцями з Колумбійського університету та інших установ, пропонує несподіване пояснення. Аналізуючи архівні дані, дослідники встановили, що до 10% важких елементів у Чумацькому Шляху могли утворитися внаслідок викидів особливого типу нейтронних зір — магнетарів, які характеризуються надпотужними магнітними полями.

«До недавнього часу астрономи недооцінювали роль магнетарів — фактично мертвих залишків наднових — у формуванні ранніх галактик», — пояснює професор Тодд Томпсон з Університету штату Огайо. «Нейтронні зорі — це дуже екзотичні, надзвичайно щільні об'єкти, відомі своїми колосальними магнітними полями. Вони близькі до чорних дір за своїми властивостями, але все ж не є ними».

Вчені давно знали, що важкі елементи можуть формуватися лише за особливих умов через так званий r-процес (процес швидкого захоплення нейтронів) — набір унікальних і складних ядерних реакцій. Перше пряме підтвердження цього процесу було отримано у 2017 році, коли астрономи зафіксували зіткнення двох нейтронних зір за допомогою телескопів NASA, гравітаційно-хвильової обсерваторії LIGO та інших інструментів.

Однак подальші дослідження показали, що самих лише зіткнень нейтронних зір недостатньо для пояснення всієї кількості важких елементів, особливо в ранньому Всесвіті. Ці спостереження спонукали професора Томпсона та його колег звернути увагу на потужні спалахи магнетарів як на потенційне джерело важких елементів.

Підтвердження цієї гіпотези прийшло з несподіваного джерела — спостережень 20-річної давності за спалахом магнетара SGR 1806−20. Аналізуючи дані цієї події, дослідники виявили, що радіоактивний розпад новоутворених елементів відповідав їхнім теоретичним передбаченням щодо часу та типів енергії, які мали б вивільнятися після викиду важких елементів r-процесу під час спалаху магнетара.

«Це лише другий випадок, коли ми безпосередньо спостерігаємо докази того, де формуються ці елементи, першим було злиття нейтронних зір», — зазначає професор Браян Метцгер з Колумбійського університету. «Це суттєвий прорив у нашому розумінні процесу утворення важких елементів».

Анірудх Патель, докторант Колумбійського університету, додає: «Вражає усвідомлення того, що деякі важкі елементи навколо нас, такі як дорогоцінні метали в наших телефонах та комп'ютерах, утворюються в таких екстремальних умовах».

Дослідники також висунули теорію, що спалахи магнетарів продукують важкі космічні промені — частинки надвисокої енергії, фізичне походження яких досі залишалося невідомим.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters. Це відкриття не лише поглиблює наше розуміння походження важких елементів у Всесвіті, але й демонструє, наскільки важливим може бути повторний аналіз архівних даних для сучасної астрофізики.