Учени виждат за първи път открито ядро ​​на звезда преди нейната смърт: Какво означава това за науката

Първото наблюдение на вътрешността на звезда отваря безпрецедентен прозорец към раждането на материята

Учени са видели за първи път оголеното ядро ​​на звезда, преди тя да умре. Откритието на необичайна звездна експлозия потвърди съществуването на „космическа луковица“ със слоеве от химични елементи във всяка звезда. Първото наблюдение на вътрешността на звезда отваря безпрецедентен прозорец към раждането на материята, отбеляза El Pais.

Азотът в ДНК-то ни, калцият в зъбите ни, желязото в кръвта ни и въглеродът в ябълковите ни пайове са създадени в сърцевината на умиращи звезди. Ние сме създадени от веществото на звездите“, провъзгласи американският астрофизик Карл Саган в своята известна книга „Космос“ преди почти половин век. Екип от учени успя за първи път да наблюдава тези звездна сърцевина, хаотичната ковачница, в която се образуват химичните елементи, от които са създадени хората и всичко, което ги заобикаля. 

„Бях заслепен“, спомня си германският астрофизик Стив Шулце, който е ръководил изследването.

За да разберем значението на откритието, трябва да се върнем назад до големия взрив, който е дал начало на Вселената преди 13,8 милиарда години. В първите три минути след Големия взрив се образуват почти всички леки атоми във Вселената, най-вече всеприсъстващият водород, чиито натрупвания образуват звездите. Във вътрешността на звездите температурата и налягането са толкова високи, че водородът се слива и образува все по-тежки елементи, започвайки с хелия. Суммата от силиций и сяра, например, дава желязо, най-тежкият атом, който може да се образува в звезда.

Резултатът е нещо като „космически лук”, термин, често използван от астрономите. „Този процес превръща звездата в слоеста структура: водород отвън, след това хелий, след това слоеве от въглерод/кислород, магнезий/неон/кислород, кислород/силиций/сяра и накрая желязо в центъра. Следователно слоят, богат на силиций и сяра, е погребан под много други материали и е недостъпен при нормални обстоятелства, което го прави почти невъзможен за директно наблюдение“, посочва Шулце от Северозападния университет в американския град Еванстън.

Телескоп, разположен на върха на хавайски вулкан, регистрира през септември 2021 г. спектъра на светлината, излъчена от супернова, експлозия на звезда. Избухването, което се случи на 2,2 милиарда светлинни години разстояние и беше наречено SN 2021yfj, не беше просто поредната супернова. Апаратът засне феномена в един изключителен момент, точно когато звездата беше лишена от външните си слоеве и позволяваше да се надникне в нейното вътрешност. 

„В началото не знаехме, че сме открили звезда, оголена до костите. Останах с отворена уста, когато професор Авишай Гал-Ям от Института за науки „Вайцман“ в Израел стигна до заключението, че сме наблюдавали силиций, сяра и аргон“, спомня си Шулце. 

Шулце, роден в германския град Хале преди 45 години, подчертава, че в галактиката, в която се намира Земята – Млечният път – и в съседните Магаланови облаци, са известни „повече от 1 милиард звезди“. Повечето от тези звезди запазват водородния си слой, когато умрат, но малка част от тях губят този слой или дори по-дълбокия слой от хелий, преди да избухнат като супернова. Това повърхностно оголване може да се дължи на силни звездни ветрове, изригвания или взаимодействия с друга звезда, но досега не е открит практически пълен стриптийз на звезда.

„Не е известна нито една звезда в Млечния път или в Магалановите облаци, която да е гола до слоя от кислород/силиций. Откритието на супернова SN 2021yfj показва, че съществуват редки и много екстремни процеси на оголване“, твърди Шулце, който допреди десет години е работил в Института по астрофизика на Папския католически университет в Чили. Сливането на химични елементи, по-тежки от въглерода, се случва само в звезди, които имат поне осем пъти масата на Слънцето и се наричат масивни. „Това е първият път, когато наблюдаваме вътрешните слоеве на масивна звезда, което е важно за тестване и усъвършенстване на нашите модели за звездната еволюция. Освен това, това откритие ни дава информация за мястото на образуване на силиций и сяра в масивните звезди“, добавя Шулце.

Обяснението на германския астрофизик препраща към друга подобна мисъл на Карл Саган, този път от телевизионния му сериал „Космос“: 

„Силицият в скалите, кислородът във въздуха, въглеродът в нашето ДНК, златото в нашите банки, уранът в нашите арсенали... Всички те са създадени на хиляди светлинни години разстояние и преди милиарди години. Нашата планета, нашето общество и самите ние сме създадени от космичен прах“.

„Това наблюдение потвърждава слоестата структура на суперновите, която е моделът, използван за тяхното описание, макар че досега не беше ясно дали е валиден. Потвърждаването на този модел е много важно, за да може да се опише еволюцията на звездите“, аплодират те.

Суперновите и гигантските червени звезди са съществени обекти в образуването на космическия прах, подчертават двамата испански изследователи. 

„Това проучване предоставя фундаментална информация за разбирането на образуването и еволюцията на химичните видове във Вселената. На ниво лабораторна астрохимия тази работа отваря нови пътища, тъй като предоставя емпирични данни за изобилието на силиций и сяра, които могат да бъдат използвани за възпроизвеждане в лабораторни условия на условията за образуване и еволюция на молекули, богати на тези елементи“, обясняват те. „Този подход ще позволи да се напредне в моделирането на химични реакции и да се задълбочат процесите на образуване на космически прах в космоса“, добавят те.

Откритието на звездата предлага безпрецедентен поглед към създаването на звездната субстанция, от която са направени хората и всичко останало.