В гало Галактики найдена звезда необычного химического состава

Используя архивные данные наблюдений, двое американских астрономов отыскали «старую» звезду необычного химического состава в гало Млечного Пути.

Стоит сразу напомнить, что звёзды, согласно современным теориям, участвовали в создании большинства естественных элементов периодической таблицы, существующих в нашей Вселенной: в ходе нуклеосинтеза при Большом взрыве появились лишь водород, гелий и литий, а все остальные ядра сформировались позже. «Звёзды вроде нашего Солнца могут создавать ряд относительно лёгких элементов, заканчивающийся кислородом, — рассказывает руководитель исследования Йен Рёдерер (Ian Roederer), сотрудник Обсерватории Карнеги. — Более массивные светила, что логично, в процессах термоядерного синтеза добираются до более тяжёлых элементов — до железа».

При дальнейшем увеличении массы ядер на первый план выходит другой механизм нуклеосинтеза — последовательный захват нейтронов, по характерному времени протекания традиционно подразделяемый на быстрый (rapid, r) и медленный (slow, s) процессы. Физические особенности r- и s-процессов накладывают отпечаток на статистику распространённости элементов: ядра с 50, 82 и 126 нейтронами, к примеру, имеют заполненные оболочки, особенно стабильны и «сопротивляются» захвату нейтронов, вследствие чего такие ядра синтезируются в бóльших количествах. При этом в цепочке превращений, которая соответствует r-процессу, заполненные оболочки встречаются в ядрах с меньшим числом протонов, и пики распространённости «r-элементов» смещаются (относительно тех же пиков для «s-элементов») в сторону меньших масс.

Следы элементов, отвечающих всем трём пикам s-процесса, легко обнаруживаются астрономами в оптических спектрах звёзд, снятых с Земли, тогда как данные по «r-элементам», для обнаружения которых необходимы ультрафиолетовые спектры, собирать гораздо сложнее. Первое сообщение о регистрации элемента со второго пика r-процесса (теллура) пришло лишь в начале этого года, причём автором открытия также стала научная группа, возглавляемая г-ном Рёдерером.

Участки УФ-спектра HD 160617, на которых находятся три линии мышьяка, выделены красным. Сплошной чёрной линией показана модель спектра, исключающая мышьяк. (Иллюстрация из Astrophysical Journal.)

Объектом нового исследования американцев стал расположенный в гало Галактики яркий субгигант HD 160617, возраст которого оценивается в 12 млрд лет. Готовясь к работе, астрономы отыскали в архивах ультрафиолетовый спектр этой звезды, снятый установленным на «Хаббле» спектрографом STIS, а также несколько её оптических спектров.

Рассмотрев все имеющиеся данные, учёные определили содержание 42 различных элементов и установили верхние пределы концентрации ещё для трёх. В этот список вошло сразу 27 элементов тяжелее цинка, в синтезе которых заметную роль играет процесс последовательного захвата нейтронов. Два из двадцати семи атомов — мышьяк и селен — никогда не регистрировались в звёздах гало.

Интереснее всего то, что спектры HD 160617 содержали следы и селена (элемента первого пика распространённости r-процесса), и теллура (второй пик), и осмия с иридием и платиной (третий пик). Этот факт не слишком хорошо согласуется с теоретическими моделями, в которых лёгкие «r-элементы» вроде мышьяка и селена обычно отделяются от более тяжёлых.

«Теперь мы хорошо знаем, где и как нужно искать такие ядра, и готовы изучать спектры других звёзд, — резюмирует Йен Рёдерер. — Нам придётся этим заниматься, поскольку воспроизвести r-процесс в лаборатории невозможно».

Отчёт об исследовании HD 160617 опубликован в Astrophysical Journal; препринт этой статьи можно загрузить с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Института Карнеги.