Pierwiastki ciężkie zostały wyprodukowane niedługo po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat był stosunkowo młody. Nie upłynęło wystarczająco dużo czasu żeby fuzje gwiazd neutronowych mogły w ogóle mieć miejsce. Z tego względu pojawiła się potrzeba odnalezienia innego źródła informacji potrzebnych do wyjaśnienia obecności pierwiastków ciężkich w Drodze Mlecznej.
Naukowcy odkryli gwiazdę SMSS J2003-1142 w halo Drogi Mlecznej. Dzięki temu badacze znaleźli pierwsze dowody na istnienie innego źródła ciężkich pierwiastków, w tym uranu i prawdopodobnie złota. Według badań, ciężkie pierwiastki wykryte w SMSS J2003-1142 zostały prawdopodobnie wytworzone nie na skutek fuzji gwiazd neutronowych, ale w wyniku zapadnięcia się i wybuchu szybko wirującej gwiazdy o silnym polu magnetycznym i masie około 25 razy większej od masy Słońca.
Niedawno potwierdzono, że fuzje gwiazd neutronowych są rzeczywiście jednym ze źródeł ciężkich pierwiastków w naszej galaktyce. Dzieje się tak, gdy dwie gwiazdy neutronowe w układzie podwójnym łączą się ze sobą w procesie zwanym “kilonową”. Jednak istniejące modele ewolucji chemicznej naszej galaktyki wskazują, że same fuzje gwiazd neutronowych nie mogły wytworzyć specyficznych wzorów pierwiastków, które widzimy w wielu wcześnie powstałych gwiazdach.
Czytaj też: Próbują zrozumieć, jak powstała Droga Mleczna. Naukowcy analizują pochodzenie niektórych pierwiastków
SMSS J2003-1142 zaobserwowano po raz pierwszy w 2016 roku z Australii, a następnie ponownie we wrześniu 2019 roku przy użyciu teleskopu w Europejskim Obserwatorium Południowym w Chile.
Na podstawie tych obserwacji naukowcy przebadali skład chemiczny gwiazdy. Analiza ujawniła zawartość żelaza mniej więcej 3000 razy mniejszą niż w przypadku Słońca. Znajdujące się w niej pierwiastki zostały prawdopodobnie wyprodukowane przez pojedynczą gwiazdę macierzystą tuż po Wielkim Wybuchu.
Nowe dowody na powstanie Wszechświata?
Skład chemiczny SMSS J2003-1142 może ujawnić naturę i właściwości jej gwiazdy macierzystej. Szczególnie ważne są niezwykle wysokie ilości azotu, cynku i ciężkich pierwiastków, w tym europu i uranu.
Wysoki poziom azotu w SMSS J2003-1142 wskazuje, że gwiazda macierzysta miała szybką rotację, podczas gdy wysokie stężenie cynku wskazuje, że energia wybuchu była około dziesięć razy większa niż w przypadku supernowej – oznacza to, że była to hipernowa. Ponadto, duże ilości uranu wymagałyby obecności dużej ilości neutronów.
Ciężkie pierwiastki zaobserwowane w SMSS J2003-1142 są dowodem na to, że gwiazda ta powstała w wyniku wczesnego wybuchu hipernowej magnetorotacyjnej.
Model hipernowej magnetorotacyjnej bardziej przekonuje naukowców
Naukowcy zakładają, że pojedyncza gwiazda macierzysta wytworzyłaby wszystkie pierwiastki zaobserwowane w SMSS J2003-1142. Z drugiej strony, wytworzenie tych samych pierwiastków tylko w wyniku fuzji gwiazd neutronowych zajęłoby znacznie więcej czasu.
Ponadto, fuzje gwiazd neutronowych wytwarzają tylko ciężkie pierwiastki, więc dodatkowe źródła, takie jak supernowe, musiałyby wystąpić, aby wyjaśnić powstanie innych ciężkich pierwiastków. Ten scenariusz, choć możliwy, jest bardziej skomplikowany i dlatego mniej prawdopodobny.
Model hipernowej magneto-rotacyjnej nie tylko zapewnia lepsze dopasowanie do danych, ale może również wyjaśnić skład SMSS J2003-1142 poprzez pojedyncze zdarzenie. Być może fuzje gwiazd neutronowych wraz z supernowymi magneto-rotacyjnymi, mogą w połączeniu wyjaśnić, jak powstały wszystkie ciężkie pierwiastki w Drodze Mlecznej.