Убитая загадка астрофизики: найден главный источник лития во Вселенной

Международная группа астрономов, возглавляемая Национальным институтом астрофизики (INAF), впервые зафиксировала в гамма-лучах следы бериллия-7, образовавшегося в результате взрыва новой звезды.

Это открытие подтверждает, что такие звёздные катаклизмы играют ключевую роль в производстве лития в нашей галактике, помогая разрешить давнюю загадку астрофизики. Результаты исследования, основанные на данных спутника INTEGRAL, были опубликованы в престижном журнале Astronomy & Astrophysics.

Учёные смогли непосредственно наблюдать процесс образования бериллия-7 во время взрыва новой звезды, известной как V1369 Центавра, который произошёл в декабре 2013 года. Бериллий-7 — это нестабильный изотоп, который через примерно 53 дня распадается, превращаясь в литий. Его обнаружение стало важным шагом к пониманию происхождения этого элемента во Вселенной.

Благодаря анализу данных, собранных спектрометром SPI на борту спутника Европейского космического агентства, исследователи выявили слабое, но значимое гамма-излучение с энергией 478 кэВ, которое считается чётким признаком присутствия бериллия-7 среди продуктов взрыва. После завершения процесса распада весь бериллий превращается в литий, причём его количество полностью соответствует результатам оптических наблюдений, проведённых в 2015 году.

Новые звёзды представляют собой двойные системы, в которых белый карлик — звезда, завершившая свой жизненный цикл, — поглощает водород из своего спутника, звезды меньшей массы.

Накопление водорода на поверхности белого карлика приводит к термоядерным реакциям, вызывающим мощный взрыв, который может увеличить яркость системы в десятки тысяч раз. Хотя такие события длятся всего несколько дней или недель, они происходят в Млечном Пути примерно 30 раз в год и выбрасывают в пространство значительное количество газа, влияя на химический состав галактики.

Вопрос о происхождении лития остаётся одной из нерешённых проблем астрофизики на протяжении десятилетий.

Известно, что небольшая часть этого элемента появилась в первые минуты после Большого Взрыва, однако его количество в самых старых звёздах нашей галактики оказалось значительно ниже, чем предсказывали космологические модели, что получило название "проблемы первичного лития". В то же время в более молодых звёздах содержание лития неожиданно выше, что называют "проблемой галактического лития".

Один из ведущих авторов исследования отметил, что ранее оптические наблюдения позволяли лишь оценить количество бериллия-7, образующегося при взрывах новых звёзд. Первоначально считалось, что V1369 Центавра находится слишком далеко, чтобы можно было зафиксировать гамма-излучение с энергией 478 кэВ, однако данные спутника Gaia показали, что расстояние до этой звезды составляет около 3200 световых лет, что значительно ближе, чем предполагалось.

Это сделало возможным обнаружение сигнала с помощью спутника INTEGRAL. Анализ данных, собранных через 25 дней после взрыва, выявил избыточное излучение на указанной частоте, а измерения его интенсивности подтвердили, что количество бериллия-7, превращающегося в литий, полностью соответствует результатам спектроскопических наблюдений в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах, как для этой звезды, так и для других подобных объектов.

Другой участник исследования подчеркнул, что проблема происхождения лития волнует астрофизиков уже более полувека. Ещё в прошлом веке теоретики предположили, что новые звёзды могут быть основным источником этого элемента, а последующие модели химической эволюции Млечного Пути подтвердили значимость их вклада.

Наблюдение гамма-излучения с энергией 478 кэВ стало прямым доказательством присутствия бериллия-7 в оболочках новых звёзд. Несмотря на то, что сигнал был относительно слабым, его совпадение по времени с взрывом, а также соответствие ожидаемой энергии и интенсивности делают случайное совпадение крайне маловероятным, а статистическая значимость превышает три сигмы.

Уточнения

Млечный Путь (Галактика) — галактика, в которой находится Земля и Солнечная система. Относится к типу спиральных галактик с перемычкой.