Синтез тяжёлых ядер при взрыве сверхновой доказан

23 февраля 1987 года свет от вспышки сверхновой звезды SN1987A впервые достиг Земли, а уже в мае эту самую близкую к нам сверхновую можно было различить на небосклоне и невооружённым глазом. С тех пор SN1987A стала идеальным объектом для проверки многих смелых теорий астрофизики. Так, наблюдавшаяся сразу после взрыва нейтринная вспышка (за одну ночь вопреки обычным темпам «несколько событий в год» было зафиксировано сразу несколько неуловимых частиц) до сих пор остаётся крупнейшей в истории наблюдений, а предполагаемый прародитель SN1987A – голубой сверхгигант – заставил учёных скорректировать некоторые положения звёздной эволюции.

А вот гипотезу о синтезе тяжёлых элементов при взрыве сверхновой пересматривать не придётся: на днях она подтвердилась новыми данными по радиоактивному распаду изотопа титана-44, которые приведены российскими учёными Института космических исследований РАН и их европейскими коллегами (Институт астрофизики общества Макса Планка, Университет Турку, Университет Оулу, Европейское космическое агентство) в статье недавнего номера журнала Nature.

Считается, что сразу после Большого взрыва образовались химические элементы не тяжелее лития. Всё прочее же многообразие появилось уже в процессе эволюции Вселенной. Например, при нуклеосинтезе в недрах звёзд. При этом важным источником тяжёлых ядер считаются и взрывы сверхновых, высвобождающие все синтезированные звёздами элементы, которые под действием колоссальных температур объединяются в ещё более тяжёлые ядра. Так, для SN1987A в первые годы после взрыва были зарегистрированы оптические, рентгеновские и гамма-излучения от предполагаемых радиоактивных распадов изотопов кобальта-56 и железа-56, которые с исчерпанием их запаса сменились распадом титана-44. Однако эти данные нельзя было считать однозначным подтверждением синтеза тяжёлых элементов при взрыве – ведь для их описания вполне можно было привлечь и другие модели.

В новых же наблюдениях распад титана-44 в скандий-44 (период полураспада 85 лет) и далее кальций-44 (период полураспада около 6 часов) регистрировался по пяти характерным энергиям в области жёсткого рентгена и гамма-излучения. Данные для изучения набирались в две стадии экспериментов в международной орбитальной обсерватории ИНТЕГРАЛ. Первая часть эксперимента (около 1,5 млн секунд) пришлась на 2003 год, а вторая (4,5 млн секунд) – на 2010–2011 годы. Столь кропотливо накопленные спектры жёсткого рентгена и гамма-излучения хорошо совпали с предсказаниями и показали примерное одинаковое значение изначального количества титана в остатке сверхновой. При этом вероятность ложного одновременного детектирования всех характерных линий по оценкам учёных составила лишь тысячные доли процента.

Однако количество синтезированного титана-44, оценённое из столь надёжных наблюдений, составило около 0,03% от солнечной массы, что несколько превысило даже максимальное предсказание теории. Получается, сверхновая SN1987A снова помогает учёным скорректировать их теоретические модели. Ведь в расчёты синтеза тяжёлых элементов при взрыве сверхновых до сих пор были вовлечены многие свободные, неопределённые параметры, такие как масса ядра коллапсирующей звезды или характеристики образующейся после её взрыва ударной волны. Так что новые свидетельства образования и распада титана после взрыва сверхновой SN1987A – это, хочется верить, не последний успех российских астрофизиков в данной области.

Источник