Ученые обнаружили титан после взрыва сверхновой Кассиопея A

Ученые обнаружили фрагменты титана после взрыва знаменитой сверхновой. Это открытие, сделанное с помощью рентгеновской обсерватории Чандра НАСА, может стать важным шагом в точном определении того, как именно взрываются некоторые гигантские звезды.

Эта работа основана на наблюдениях Чандрой остатков сверхновой звезды под названием Кассиопея A (Cas A), расположенной в нашей галактике примерно в 11000 световых лет от Земли. Это один из самых молодых известных остатков сверхновой, возрастом около 350 лет.

взрыв сверхновой Кассиопея A

Как появляется титан

В течение многих лет ученые изо всех сил пытались понять, как массивные звезды – те, у которых масса примерно в 10 раз превышает массу Солнца – взрываются, когда у них заканчивается топливо. Этот результат дает бесценный новый ключ к разгадке.

«Ученые считают, что большая часть титана, который используется в нашей повседневной жизни – например, в электронике или ювелирных изделиях, – образуется в результате массивного взрыва звезды, – сказал Тошики Сато из Университета Рикке в Японии, руководивший исследованием, опубликованным в журнале Nature. – Однако до сих пор ученым никогда не удавалось зафиксировать момент сразу после получения стабильного титана».

Когда ядерный источник энергии массивной звезды заканчивается, центр коллапсирует под действием силы тяжести и образует либо плотное ядро ​​звезды, называемое нейтронной звездой, либо, что реже, черную дыру. Когда создается нейтронная звезда, внутренняя часть коллапсирующей массивной звезды отскакивает от поверхности ядра звезды, обращая сжатие вспять.

Неуловимое нейтрино

Тепло от этого катастрофического события создает ударную волну – подобную звуковому удару сверхзвуковой струи – которая мчится наружу через остальную часть обреченной звезды, производя новые элементы в результате ядерных реакций по мере продвижения. Однако во многих компьютерных моделях этого процесса энергия быстро теряется, и движение ударной волны наружу останавливается, предотвращая взрыв сверхновой.

Недавнее трехмерное компьютерное моделирование предполагает, что нейтрино – субатомные частицы с очень малой массой – образовавшиеся при создании нейтронной звезды, играют решающую роль в оттеснении пузырей, которые разносятся от нейтронной звезды. Эти пузыри продолжают толкать ударную волну вперед, вызывая взрыв сверхновой.

В новом исследовании Cas A команда обнаружила убедительные доказательства такого взрыва, вызванного нейтрино. В данных Чандры они обнаружили, что структуры в форме пальцев, указывающие в сторону от места взрыва, содержат титан и хром, что совпадает с обломками железа, ранее обнаруженными Чандрой. Условия, необходимые для создания этих элементов в ядерных реакциях, такие как температура и плотность, соответствуют условиям пузырьков в моделировании, вызывающем взрывы.

Атомные превращения

Титан, который был обнаружен Чандрой в Cas A и который предсказывается этими симуляциями, является стабильным изотопом элемента, а это означает, что количество нейтронов, содержащихся в его атомах, означает, что он не превращается под действием радиоактивности в другой, более легкий элемент. Ранее астрономы использовали телескоп NASA NuSTAR для обнаружения нестабильного изотопа титана в различных местах в Cas A. Каждые 60 лет примерно половина этого изотопа титана превращается в скандий, а затем в кальций.

«Мы никогда раньше не видели этой подписи титановых пузырей в остатке сверхновой, результат был возможен только с невероятно резкими изображениями Чандры, – отметил соавтор Кейити Маэда из Университета Киото в Японии. – Наш результат – важный шаг в решении проблемы взрыва этих звезд как сверхновых».

«Когда произошла сверхновая, фрагменты титана образовались глубоко внутри массивной звезды. Осколки проникли через поверхность массивной звезды, образуя ободок остатка сверхновой, Cas A”, – подчеркнул соавтор Сигехиро Нагатаки из кластера пионерских исследований RIKEN в Японии.

Нейтрино вызывают сверхновые

Эти результаты убедительно подтверждают идею взрыва, вызванного нейтрино, для объяснения по крайней мере некоторых сверхновых.

«Наше исследование могло бы стать наиболее важным результатом наблюдений, изучающим роль нейтрино во взрывах массивных звезд с момента обнаружения нейтрино от сверхновой звезды 1987A», – добавил соавтор Такаси Йошида из Университета Киото в Японии.

Астрономы использовали более полутора миллионов секунд, или более 18 дней, времени наблюдения Чандры от сверхновой Кассиопеи A (Cas A), сделанной между 2000 и 2018 годами. Количество стабильного титана, произведенного в Cas A, превышает общую массу Земли.

Читайте о том, как Хаббл зафиксировал гравитационный изгиб света

Читайте обзоры:

-->