XRISM обнаружил хлор и калий в остатке сверхновой
Впервые учёные чётко зафиксировали рентгеновские сигнатуры хлора и калия в остатке взорвавшейся звезды с помощью данных японской миссии XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission).
Инструмент Resolve на борту XRISM обнаружил эти элементы в остатке сверхновой Кассиопея A (Cas A) — расширяющемся облаке обломков на расстоянии около 11 000 световых лет в созвездии Кассиопеи.
«Эта находка помогает проиллюстрировать фундаментальную связь между гибелью звёзд и жизнью на Земле. Звёзды активно создают материалы, которые формируют планеты и делают возможной жизнь. Теперь, благодаря XRISM, у нас есть лучшее представление о том, когда и как звёзды могут производить важные, но трудноуловимые элементы», — сказал астрофизик Тосики Сато из Университета Мэйдзи.
Результаты исследования были опубликованы 4 декабря в журнале Nature Astronomy.
Как звёзды создают и распределяют элементы
Звёзды производят почти все элементы во Вселенной тяжелее водорода и гелия посредством ядерных реакций. Тепло и давление синтезируют более лёгкие элементы (например, углерод) во всё более тяжёлые (например, неон), создавая слоистую структуру в недрах звезды.
Ядерные реакции также происходят во время взрывных событий, таких как сверхновые. Распространённость и расположение элементов в остатке могут рассказать учёным о звезде и её взрыве, даже спустя сотни или тысячи лет.
Некоторые элементы (кислород, углерод, неон) более распространены и их легче обнаружить. Другие, такие как хлор и калий, более неуловимы. Из-за нехватки данных сложнее смоделировать, где именно в звезде они образовались. Эти редкие элементы играют важную роль для жизни на Земле (например, калий необходим для функционирования клеток и мышц).
Детали открытия в Cas A
Остаток сверхновой Cas A имеет примерно круглую форму, диаметр около 10 световых лет, возраст более 340 лет и содержит сверхплотную нейтронную звезду в центре. Ранее с помощью рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» в Cas A были идентифицированы железо, кремний, сера и другие элементы.
В декабре 2023 года команда дважды наблюдала остаток с помощью инструмента Resolve на XRISM. Исследователи смогли выделить сигнатуры хлора и калия и определить, что их содержание в остатке значительно выше ожидаемого. Resolve также обнаружил возможный признак фосфора.
«Высокое разрешение и чувствительность Resolve делают такие измерения возможными. Сочетание возможностей XRISM с другими миссиями позволяет обнаруживать и измерять эти редкие элементы, критически важные для возникновения жизни во Вселенной», — сказал Брайан Уильямс, научный руководитель проекта XRISM в NASA.
Что результаты говорят о сверхновых
Астрономы полагают, что звёздная активность могла нарушить слои ядерного синтеза внутри звезды до её взрыва. Такое перемешивание могло создать условия для образования хлора и калия в большом количестве.
Учёные также сопоставили данные Resolve с изображением Cas A от «Чандры» и показали, что элементы сконцентрированы в юго-восточной и северной частях остатка.
Такое асимметричное распределение может означать, что сама звезда имела внутреннюю асимметрию до взрыва, на что ранее указывали данные «Чандры».
«Возможность точно измерить эти более редкие элементы действительно помогает нам понять ядерный синтез, происходящий в звёздах до и во время вспышек сверхновых. Мы подозревали, что ключевую роль может играть асимметрия, и теперь у нас есть дополнительные доказательства. Но нам ещё многое неизвестно о том, как взрываются звёзды и распределяют эти элементы по космосу», — сказал соавтор работы Пол Плучински.