Первое наблюдение за недрами звезды открывает беспрецедентное окно в зарождение материи.

«Азот в нашей ДНК, кальций в наших зубах, железо в нашей крови и углерод в наших яблочных пирогах — все это образовалось внутри коллапсирующих звезд. Мы сделаны из звездного вещества», — провозгласил американский астрофизик Карл Саган в своей знаменитой книге «Космос» почти полвека назад. Группа ученых впервые смогла заглянуть в эти звездные недра — в хаотичную кузницу, где формируются химические элементы, из которых состоят люди и все вокруг них. «Я был ослеплен», — вспоминает немецкий астрофизик Стив Шульце , возглавлявший исследование.

Чтобы понять значение этого открытия, необходимо вернуться к Большому взрыву, давшему начало Вселенной 13,8 миллиарда лет назад. В первые три минуты после Большого взрыва образовались почти все лёгкие атомы Вселенной, особенно вездесущий водород, скопления которого образуют звёзды. В недрах звёзд температура и давление настолько высоки, что водород синтезируется и образует всё более тяжёлые элементы, начиная с гелия. Например, соединение кремния и серы образует железо – самый тяжёлый атом, который может образоваться внутри звезды.

В результате получается своего рода « космическая луковица » – термин, который обычно используют астрономы. «Этот процесс превращает звезду в слоистую структуру: водород снаружи, затем гелий, затем слои углерода/кислорода, магния/неона/кислорода, кислорода/кремния/серы и, наконец, железа в центре. Таким образом, богатый кремнием и серой слой скрыт под множеством других материалов и недоступен в обычных условиях, что делает его практически невозможным для прямого наблюдения», – отмечает Шульце из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Техас.

Телескоп, расположенный на вершине гавайского вулкана, зарегистрировал спектр света, испущенного сверхновой, взрывом звезды, в сентябре 2021 года. Взрыв, произошедший в 2,2 миллиарда световых лет от нас и получивший название SN 2021yfj, был не просто очередной сверхновой. Устройство запечатлело это явление в необычайный момент, как раз когда звезда сбрасывала свои внешние слои, что позволило заглянуть в ее недра. «Сначала мы не знали, что обнаружили звезду, обнаженную до костей. Я был поражен, когда профессор Авишай Галь-Ям из Института науки Вейцмана [в Израиле] пришел к выводу, что мы наблюдали кремний, серу и аргон», — вспоминает Шульце. Его открытие было опубликовано в эту среду на обложке журнала Nature , ведущего международного научного издания.

Шульце, родившийся 45 лет назад в Галле (Германия), подчёркивает, что в галактике Млечный Путь, где находится Земля, и в соседних с ней Магеллановых Облаках известно «более миллиарда звёзд». Большинство этих звёзд сохраняют водородный слой после смерти, но меньшинство теряет этот слой или даже более глубокий гелиевый слой перед взрывом в сверхновую. Такое сдирание поверхностного слоя может происходить из-за сильных звёздных ветров, извержений или взаимодействия с другой звездой, но практически полное сдирание звёзд никогда не наблюдалось.

«Ни одна звезда в Млечном Пути или Магеллановых Облаках не известна тем, что сбрасывает слой кислорода и кремния. Открытие сверхновой SN 2021yfj указывает на существование редких и очень экстремальных процессов сбрасывания», — утверждает Шульце, работавший в Институте астрофизики Папского католического университета Чили до недавнего времени. Синтез химических элементов тяжелее углерода происходит только в звездах, масса которых по меньшей мере в восемь раз превышает массу Солнца и которые называются массивными . «Мы впервые наблюдаем внутренние слои массивной звезды, что важно для проверки и улучшения наших моделей звездной эволюции. Кроме того, это открытие дает нам информацию об образовании кремния и серы в массивных звездах», — добавляет Шульце.

Объяснение немецкого астрофизика перекликается с другой похожей мыслью Карла Сагана, на этот раз из его телесериала «Космос» : «Кремний в горных породах, кислород в воздухе, углерод в нашей ДНК, золото в наших банках, уран в наших арсеналах... Все они были созданы за тысячи световых лет отсюда, миллиарды лет назад. Наша планета, наше общество и мы сами созданы из космической пыли».

Команда физика Хосе Анхеля Мартина Гаго построила установку стоимостью четыре миллиона евро в своей лаборатории в Мадридском институте материаловедения (CSIC). Мартин Гаго и его коллега Гонсало Санторо из Института структуры вещества празднуют новое открытие в совместном обзоре, отправленном в нашу газету. «Это наблюдение подтверждает слоистую структуру сверхновых, модель, которая использовалась для их описания, хотя до сих пор было неясно, насколько она верна. Подтверждение этой модели очень важно для описания эволюции звёзд», — с восторгом пишут они.

Сверхновые и красные гиганты играют важнейшую роль в формировании космической пыли, подчеркивают два испанских исследователя. «Это исследование предоставляет фундаментальную информацию для понимания того, как образуются и эволюционируют химические вещества во Вселенной. На уровне лабораторной астрохимии эта работа открывает новые горизонты, поскольку предоставляет эмпирические значения содержания кремния и серы, которые можно использовать для воссоздания в лабораторных условиях условий образования и эволюции молекул, богатых этими элементами», — объясняют они. «Этот подход позволит добиться прогресса в моделировании химических реакций и глубже понять процессы образования космической пыли в космосе», — добавляют они. Открытие голой звезды открывает беспрецедентную возможность заглянуть в процесс формирования звёздного вещества, из которого состоят люди и всё остальное.