В остатке сверхновой нашли элементы, необходимые для зарождения жизни

Изучив остаток сверхновой Кассиопея А (Cassiopeia A) с помощью японской рентгеновской обсерватории XRISM, астрономы обнаружили в ее выбросах неожиданно высокие концентрации редких элементов, необходимых для зарождения жизни. Открытие позволяет понять, как именно гибель массивных светил химически обогащает Вселенную.

Один из самых изученных остатков сверхновых в нашей Галактике — Кассиопея А — находится на расстоянии около 11 тысяч световых лет от Земли в созвездии Кассиопеи (Cas). По оценкам, вспышка произошла около 350 лет назад, однако увидеть ее не удалось из-за обилия межзвездной пыли. Сегодня Кассиопея А представляет собой разлетающееся облако горячего газа диаметром около 10 световых лет, в центре которого находится нейтронная звезда. 

Недавно с помощью высокоточного рентгеновского спектрометра Resolve, установленного на борту XRISM, ученые впервые зафиксировали в остатках Кассиопеи А отчетливые линии излучения фосфора (Р), хлора (CI) и калия (K) — химических элементов с нечетным атомным номером, которые очень редко наблюдают в подобных объектах. Образуются такие элементы с трудом, а их происхождение до сих пор оставалось загадкой. 

Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy показали, что концентрация всех трех элементов в остатке неожиданно высока, а содержание хлора и калия примерно в три-пять раз превышает солнечные значения. В частности, отношение калия (K) к аргону (Ar) в Кассиопее А оказалось примерно на 30% выше солнечного, а хлора (Cl) к сере (S) — чуть выше нормы. Такой химический «отпечаток» совпадает с прогнозами для звезд, переживших сильное вращение или слияние оболочек перед коллапсом ядра. 

Неравномерное распределение фосфора (Р), хлора (CI) и калия (K) по объекту также указало на образование элементов задолго до взрыва: наибольшие концентрации зафиксировали в богатых кислородом областях на северо-востоке и юго-востоке Кассиопеи А. 

Чтобы объяснить выявленную «аномалию», международная группа астрономов под руководством Тосики Сато (Tosiki Sato) из Университета Мэйдзи (Япония), сравнила данные, полученные с помощью XRISM с современными моделями взрывов и эволюции сверхновых звезд. Оказалось, что данные наблюдений лучше всего согласуются с моделями, в которых учитываются дополнительные физические процессы — вращение светил, взаимодействие с компаньоном или слияние ядерных оболочек. Именно такие процессы приводят к интенсивному перемешиванию вещества в недрах светила, создавая условия для активного синтеза нечетных элементов. 

В случае с Кассиопеей А наиболее вероятным сценарием оказалось слияние ядерных оболочек — процесс, при котором соседние слои звезды с разными типами термоядерного горения частично объединяются, порождая избыточное количество фосфора, хлора и калия.  

Исследователи заключили, что подобные предсмертные процессы в массивных звездах играют ключевую роль в образовании веществ, из которых формируются планеты и живые организмы. Дальнейшие наблюдения с помощью XRISM и других рентгеновских обсерваторий позволят понять, как часто гибель массивных светил обогащает Галактику жизненно важными элементами.