Астрономы заглянули в ядро умирающей звезды: редкая сверхновая подтвердила теорию образования элементов

Иллюстрация сверхновой 2021yfj, у которой «содрали» внешние слои. Credit: Keck Observatory/Adam Makarenko

Астрономы впервые смогли заглянуть во внутреннюю структуру умирающей звезды благодаря редкому типу космического взрыва — «экстремально обнаженной сверхновой».

В статье, опубликованной в журнале Nature, Стив Шульце из Северо-Западного университета (США) и его коллеги описывают сверхновую 2021yfj и окружающую её толстую оболочку из газа. Их открытие подтверждает существующие теории о том, что происходит внутри массивных звезд в конце их жизни и как они формируют строительные блоки Вселенной.

Звезды вырабатывают энергию с помощью ядерного синтеза. В ходе последовательных циклов сначала водород превращается в гелий, затем образуются более тяжелые элементы, такие как углерод. Самые массивные звезды продолжают синтез до неона, кислорода, кремния и, наконец, железа. Каждый цикл протекает быстрее предыдущего: водородный может длиться миллионы лет, а кремниевый завершается за несколько дней. Внешняя оболочка звезды приобретает слоистую структуру, отражающую состав этих циклов.

Когда ядро массивной звезды заполняется железом, синтез перестает выделять энергию, а начинает её поглощать. Это приводит к коллапсу ядра, который порождает взрыв сверхновой. Взрыв подсвечивает сброшенные ранее слои газа, позволяя увидеть их состав. Во всех известных до сих пор сверхновых этот материал принадлежал к внешним слоям (водород, гелий или углерод). Внутренние слои (неон, кислород, кремний) образуются всего за несколько сотен лет до взрыва и не успевают далеко отойти от звезды.

Уникальность сверхновой SN2021yfj в том, что выброшенный материал оказался из кремниевого слоя — последнего слоя прямо над железным ядром, который формируется за несколько месяцев. Звездный ветер должен был «сдуть» все слои вплоть до кремниевого до того, как произошел взрыв. Астрономы пока не понимают, как звездный ветер мог быть настолько мощным. Наиболее вероятный сценарий — участие второй звезды: гравитация звезды-компаньона могла быстро «вытянуть» глубокий кремниевый слой.

Это наблюдение подтвердило теории циклов ядерного синтеза внутри массивных звезд. Кислород, неон, магний и сера в основном образуются именно при взрывах сверхновых с коллапсом ядра. Понимание того, как и сколько сверхновых взрывается и что они выбрасывают в межзвездное пространство, является ключевым для объяснения того, почему наша Вселенная и наш мир устроены именно так.