Naukowcy odkrywają chemiczne pochodzenie gromady galaktyk Perseusza
Międzynarodowy zespół naukowców opracował nowe modele gwiazd i supernowych, aby wyjaśnić tajemnicze wzorce występowania pierwiastków pozostawione przez miliardy eksplozji supernowych w rejonie konstelacji Perseusza, których nie dało się wyjaśnić za pomocą konwencjonalnych modeli teoretycznych.
W głębi konstelacji Perseusza znajduje się jedna z największych znanych nauce struktur: Gromada Perseusza. Ten kosmiczny gigant skupia ponad tysiąc galaktyk w morzu przegrzanego gazu, znanego jako ośrodek wewnątrzgromadowy (ICM). Gaz ten, intensywnie świecący w promieniowaniu rentgenowskim, działa jak niebiański rejestr, zapisując chemiczne „odciski palców” pozostawione przez miliardy eksplozji supernowych na przestrzeni miliardów lat.
Dane z kosmicznego teleskopu HITOMI (Astro-H) ujawniły głęboką tajemnicę
Długoletnie modele teoretyczne opracowane przez naukowców wymagają istotnych korekt. Obserwacje wykazały stężenia krzemu, siarki, argonu i wapnia, które nie zgadzały się z dotychczasową wiedzą na temat tego, jak żyją i umierają gwiazdy o masie co najmniej dziesięciokrotnie większej od Słońca. Ta rozbieżność wskazywała na konieczność gruntownej przebudowy modeli ewolucji gwiazd.
Naukowcy opublikowali serię artykułów w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”. W ramach tego kompleksowego, wieloetapowego badania najpierw opracowano nowe modele gwiazd masywnych, które pozwoliły dopasować konkretne obfitości chemiczne (Si, S, Ar i Ca) obserwowane w gromadzie Perseusza.
Następnie zespół rozszerzył zakres badań, tworząc obszerny katalog modeli gwiazd obejmujący szeroki zakres mas (od 15 do 60 mas Słońca) oraz „metaliczności”, czyli początkowego składu chemicznego gwiazdy, zależnego od jej wieku we Wszechświecie. Przetwarzając ten katalog za pomocą modeli chemicznej ewolucji galaktyk, naukowcy zdołali odtworzyć trwającą ponad 10 miliardów lat historię tego, jak oddziaływanie supernowych ukształtowało wzorce chemiczne obserwowane dziś.
W trzecim artykule zespół rozważył skrajny przypadek, w którym supernowa eksploduje w postaci dwubiegunowego strumienia. Dzieje się tak, gdy gwiazda szybko się obraca, co prowadzi do powstania szybko rotującej czarnej dziury (tzw. kolapsara) lub gwiazdy neutronowej. Dysk akrecyjny wokół zwartych pozostałości podlega niestabilności magnetorotacyjnej, co skutkuje wystrzeleniem bardzo energetycznego strumienia w kierunku pozostającej powłoki gwiazdowej.
Zespół przeprowadził wielowymiarowe symulacje, aby prześledzić, w jaki sposób strumień inicjuje wybuch i prowadzi do eksplozji. Odkryto, że wyraźna produkcja cynku może stanowić niezbity dowód pozwalający określić odsetek takich ekstremalnych zdarzeń, które miały miejsce w przeszłości we Wszechświecie.
Zespół będzie kontynuował badania nad tym, jak modele te wpływają na ewolucję chemiczną galaktyki Drogi Mlecznej na przestrzeni dziejów, co pozwoli lepiej zrozumieć demografię supernowych i populacje gwiazd. Naukowcy planują również analizę nadchodzących danych z misji XRISM dotyczących różnych gromad galaktyk.
Źródło: Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe
Czytaj też: Najbardziej szczegółowa radiowa mapa Wszechświata w historii
Grafika tytułowa: NASA / Unsplash
