Астрофізики з'ясували, що галактики, які раніше утворювали наш Чумацький Шлях, могли допомогти йому не лише наростити масу, а і принесли його зорям золото. Важкими елементами — золотом, платиною і ураном — через процеси швидкого захоплення нейтронів Чумацький Шлях збагатили зірки з карликових галактик, які 10 мільярдів років тому формували нашу власну. Свої висновки вчені зробили за допомогою суперкомп'ютера, з яким «відмотали» у часі еволюцію змодельованої галактики, подібної нашій. Робота опублікована у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ілюстрація розподілу зірок і газу в моделюванні формування Чумацького Шляху, яке використовується в цьому дослідженні. Жовті крапки представляють зірки, а блакитні та білі дифузні хмари зображують газ. Yutaka Hirai
Що за золоті зірки в Чумацькому Шляху?
Практично всі хімічні елементи у Всесвіті, за винятком водню та деяких легких елементів, утворилися під час різних ядерних реакцій у надрах зірок. При цьому за появу таких елементів як золото, уран і платина відповідальні не звичайні зірки, а яскраві події злиття нейтронних зірок, чорних дір чи спалахи наднових. Вони можуть синтезувати ці елементи у процесі швидкого захоплення нейтронів (r-процес). Однак, у моделях хімічної еволюції зокрема нашої галактики, Чумацького Шляху, злиття нейтронних зірок чи інші екзотичні зіткнення не могли б пояснити всі закономірності змісту важких елементів. Тому вчені шукають додаткових механізмів.
Зокрема з 1980-х років дослідження почали виявляти невелику популяцію зірок із дефіцитом заліза, які, ймовірно, утворилися в перший мільярд років після Великого вибуху. При цьому близько 3-5 відсотків цих давніх зірок мають помірно або сильно підвищений вміст елементів, безпосередньо пов'язаний із r-процесом.Наприклад, світило CS 22892-052 — стара зірка II населення — в якому вдалося ідентифікувати торій, який говорить про внесок r-процесу. Подібні зірки відносять до підкласу зірок із посиленням процесу нейтронного захоплення (highly 𝑟-process-enhanced star, RPE-star) і пов'язують їхнє походження з карликовими галактиками. На це й звернули увагу астрофізики з Університету Нотр-Дам та Університету Тохоку, вирішивши змоделювати еволюцію схожої на Чумацький Шлях галактики у спробі з'ясувати, що стало джерелом золота і подібних важких елементів у ній.
Що позолотило зорі?
Згідно із загальноприйнятою теорією, нарощування маси галактики відбувається в значній мірі завдяки злиттям із іншими структурами меншої маси. І Чумацький Шлях не є винятком, на що зокрема вказує хімічний та динамічний аналіз популяцій зірок в його гало. І астрофізики відтворили історію хімічної еволюції схожої на Чумацький Шлях галактики за допомогою суперкомп'ютера ATERUI II у Національній астрономічній обсерваторії Японії, «відмотавши» історію галактики на 10 мільярдів років тому.
Так, враховуючи фізику нуклеосинтезу в світилах та особливості r-процесу, вчені побачили, що зорі RPE мали високий потенціал до формування у маломасивних бідних на залізо карликових галактиках, збагачених елементами для протікання реакцій r-процесу. При цьому більш металічні зорі вже формувалися у газових згустках, що не обов'язково входили у карликові галактики, які згодом склали Чумацький Шлях. Згідно з результатами моделювання, акреційовані в минулому карликові галактики стали основним місцем формування зірок, що могли синтезувати хімічні елементи у r-процесі. Прогнозоване розмаїття цих елементів збіглося з попередніми спостереженнями нашої галактикою. Таким чином, дослідники пропонують зокрема і уточнити історію формування Чумацького Шляху за дослідженням світил RPE.
Анімація за роботою вчених. Yutaka Hirai
Також раніше ми розповідали, що астрономи назвали вибухи гіпернових ще одним сценарієм появи важких елементів. А більше про галактики, які створили Чумацький Шлях, розповіли кулясті скупчення у ньому.