Редкий элемент теллур впервые обнаружен в древних звездах

Почти 13,7 миллиарда лет назад Вселенная состояла только из водорода, гелия и лития – эти элементы явились продуктом Большого взрыва

Приблизительно 300 миллионов лет спустя появились самые первые звезды и новые химические элементы. Гигантские звездные взрывы или сверхновые звезды дали начало таким элементам, как углерод, кислород, железо и еще 94 элементам из современной периодической таблицы.

Сегодня звезды и планетарные тела содержат следы этих элементов, которые сформировались из газов. В течение прошлых 50 лет ученые анализировали звезды различных возрастов с помощью давно разработанной «Диаграммы развития химических элементов во Вселенной», чтобы идентифицировать астрофизические явления, которые стали причиной их образования.

Недавно команда исследователей из Массачусетского технологического института впервые обнаружила теллур в трех древних звездах. Исследователи нашли следы этого хрупкого полупроводящего элемента, который очень редок на Земле, в звездах, которым почти 12 миллиардов лет. Открытие доказывает концепцию того, что теллур, как и еще более тяжелые элементы периодической таблицы, вероятно, произведены в ходе взрыва сверхновой звезды редкого типа во время процесса быстрого ядерного синтеза.

«Мы хотим понять эволюцию теллура от Большого взрыва до сегодняшнего дня, - говорит Анна Фребель, старший преподаватель астрофизики в Массачусетском технологическом институте и соавтор исследования. - Здесь, на Земле, источниками всего являются углерод и различные другие элементы, и мы хотим понять, как на Земле появлялся теллур, где начинается его природа».

Редкий элемент найден в ореоле Млечного Пути

Команда проанализировала химический состав трех ярких звезд, которые находятся на расстоянии от Земли в несколько тысяч световых лет, «в гало Млечного Пути», говорит Фребель. Исследователи смотрели на данные, полученные с помощью спектрографа космического телескопа «Хаббл», инструмента, который расщепляет свет от звезды на спектр длин волны. Если элемент присутствует в звезде, атомы этого элемента поглощают звездный свет в определенных длинах волны; ученые могут наблюдать это поглощение через отклонения в данных, полученных от спектрографа.

Фрагмент периодической таблицы элементов. Теллур (фото sciencedaily.com)

Фребель и ее коллеги обнаружили колебания в ультрафиолетовой области спектра - в длине волны, которая соответствовала поглощению естественного света теллура, что является свидетельством того, что этот элемент действительно существует в космосе и образовался, вероятно, более 12 миллиардов лет назад, в то время когда сформировались все три звезды, которые исследуются учеными.

Исследователи также сравнили содержание теллура и других тяжелых элементов, для примера, бария и стронция, и обнаружили, что соотношение элементов одинаково во всех трех звездах. Фребель говорит, что такое соответствие поддерживает теорию «синтеза химических элементов»: а именно то, что редкий тип сверхновой звезды, возможно, инициировал создание наиболее тяжелых элементов, располагающихся в нижней половине периодической таблицы, включая теллур.

Никаких обычных сверхновых

Согласно теоретическим предсказаниям, элементы, более тяжелые, чем железо, возможно, сформировались в процессе разрушения ядра сверхновой звезды, когда атомные ядра столкнулись с огромным количеством нейтронов в процессе ядерного синтеза. В течение 50 лет астрономы и ядерные физики моделировали этот процесс, названный процессом r, их цель в том, чтобы воссоздать космическую историю элементов.

Команда Фребель обнаружила, что соотношение тяжелых элементов, наблюдаемых в этих трех звездах, соответствовало предсказаниям теоретических моделей. Результаты, говорит исследователь, подтверждают теорию того, что более тяжелые элементы, вероятно, сформировались в процессе взрыва редкой, чрезвычайно быстрой сверхновой звезды.

«Вы можете зарегистрировать железо и никель в любой обычной сверхновой звезде, где угодно во Вселенной, - говорит Фребель. - Но эти тяжелые элементы, кажется, можно найти только в определенных сверхновых звездах. Если мы добавим больше элементов к наблюдаемым элементным образцам, мы сможем понять астрофизические процессы и условия среды, необходимые для процесса образования этих элементов».

Дженнифер Джонсон, профессор астрономии в Университете Огайо, говорит, что теллур было очень сложно обнаружить, так как он поглощает свет в ультрафиолетовом спектре и наземными телескопами его зарегистрировать невозможно. Результаты команды, говорит ученая, являются первым шагом в идентификации самых «неуловимых» элементов во Вселенной.

Фребель продолжает поиск тяжелых элементов в космосе. На очереди селен и олово.

Ученые опубликовали результаты своего исследования в издании Astrophysical Journal Letters.