В 2004 году астрономы зафиксировали мощный гамма-всплеск от магнетара SGR 1806-20SGR 1806-20(PSR J1808-2024,RX J1808.6-2024, КОНУС 07.01.79 и т.д), который находится в туманности G10.0-0,3 созвездия Стрельца на расстоянии 50 тысяч световых лет. Эта нейтронная звезда выделила за несколько секунд столько энергии, сколько Солнце излучает за миллион лет. Хотя на многих изображениях SGR 1806-20 изображают одинокой звездой, у нее есть компаньон — голубой сверхгигант [KMN95] Star A. Они оба входят в скопление Cl 1806-20, где находится одна из крупнейших областей ионизированного водорода HII во всем Млечном Пути — W31.
Происхождение основного всплеска быстро объяснили, но через 10 минут последовала вторая вспышка, природа которой оставалась загадкой два десятилетия. Недавно ученые выяснили: она ознаменовала рождение тяжелых элементов, таких как золото и платина.
Большинство тяжелых элементов возникают в экстремальных условиях через r-процесс, который включает последовательный захват нейтронов ядрами во время ядерных реакций. До недавнего времени считалось, что r-процесс возможен только при столкновении двух нейтронных звезд.Этот процесс включает последовательное захват нейтронов ядрами атомов во время ядерных реакций, что приводит к образованию более тяжелых ядер. До недавнего времени считалось, что r-процесс возможен только при столкновении двух нейтронных звезд — сверхплотных остатков «погибших» звезд, состоящих в основном из нейтронов.
Однако после первого подтвержденного наблюдения слияния нейтронных звезд в 2017 году стало ясно: одних таких столкновений недостаточно для объяснения обилия тяжелых элементов в Галактике. Ученые начали искать другие источники. Их внимание привлекли магнетары — нейтронные звезды с магнитным полем, в триллионы раз сильнее земного. Эти объекты периодически выбрасывают мощные гамма- и рентгеновские излучения.
В декабре 2004 года астрофизики наблюдали одну из таких вспышек от магнетара SGR 1806-20. Основной выброс энергии длился несколько секунд, но за это время было высвобождено столько энергии, сколько Солнце излучает за миллион лет. Через 10 минут приборы зафиксировали вторую, более слабую вспышку, природу которой ученые долго не могли объяснить.
Команда исследователей из США под руководством Брайана Метцгера из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон в Нью-Йорке проанализировала данные за 20 лет, собранные космическими телескопами. Они выяснили, что вторая вспышка тоже исходила от магнетара SGR 1806-20 и была связана с рождением тяжелых элементов.
По мнению ученых, в условиях вспышки за считанные минуты произошел r-процесс, что привело к образованию золота, платины и урана. Масса этого «урожая» эквивалентна массе 27 земных лун.
«Раньше мы видели рождение тяжелых элементов только при слиянии нейтронных звезд. Теперь у нас есть второй подтвержденный источник», — отметил Метцгер.
Ученые оценили, что вспышки магнетаров могут производить до 10% всех тяжелых элементов в Млечном Пути. Это объясняет, почему в молодых галактиках оказалось гораздо больше золота и платины, чем предполагалось. Магнетары начинают активно работать еще до того, как нейтронные звезды успевают столкнуться. Они производят такое количество тяжелых элементов на ранних стадиях жизни галактик, что это невозможно объяснить только столкновениями.
Как же происходит этот процесс? Во время мощной вспышки магнетар сбрасывает часть своей коры — слой сверхплотного материала. Выброшенное вещество, насыщенное нейтронами, образует плотное облако. В этом облаке атомные ядра захватывают нейтроны быстрее, чем распадаются. Так рождаются нестабильные тяжелые изотопы, которые со временем превращаются в стабильные элементы, такие как золото, платина и уран. Распад этих изотопов сопровождается всплеском гамма-излучения. Именно этот «светящийся след» зафиксировали в 2004 году.
Чтобы лучше понять роль магнетаров в производстве тяжелых элементов, необходимы новые наблюдения. Это непростая задача, так как мощные вспышки происходят в Млечном Пути раз в несколько десятилетий, а во всей видимой Вселенной — примерно раз в год. Телескопы нового поколения, такие как NASA Compton Spectrometer and Imager, запуск которого запланирован на 2027 год, помогут уловить эти редкие моменты.