Raziskovalci z Univerze v Kjotu in Univerze Meiji so s pomočjo novega rentgenskega satelita XRISM prvič opazili zadostne količine klora in kalija v ostankih supernove, kar odpira pomembno poglavje v razumevanju izvora elementov, ključnih za nastanek planetov in življenja. Elementa z lihim atomskim številom (Z) sta v vesolju bistveno pogostejša, kot bi to napovedovali obstoječi modeli zvezdne nukleosinteze, kar je dolgo predstavljalo nerešeno uganko astrofizike.
Vprašanje izvora elementov ima temeljno znanstveno težo, saj je tesno povezano z iskanjem odgovora na staro človeško vprašanje o našem mestu v vesolju. Doslej so modeli kazali, da bi zvezde morale proizvesti le okoli desetino klora in kalija, ki ga astronomi zaznavajo v galaksiji. Raziskovalna ekipa je zato s satelitom XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), ki ga je JAXA izstrelila leta 2023, opravila visoko ločljivostna rentgenska opazovanja ostankov supernove Kasiopeja A.
V članku, objavljenem v Nature Astronomy, predstavljajo analizo podatkov, ki jih je zbral mikrokalorimeter Resolve, najnaprednejši instrument svojega razreda. Zmožen je zaznavati izjemno šibke spektralne črte, kar raziskovalcem omogoča identifikacijo redkih elementov, ki jih prejšnje generacije detektorjev niso zmogle razločiti.
Rentgenski spekter Kasiopeje A je razkril jasne emisijske črte klora in kalija v količinah, ki močno presegajo napovedi standardnih modelov supernov. Ekipa tako poroča o prvem neposrednem opazovalnem dokazu, da eksplozije masivnih zvezd lahko ustvarijo dovolj teh elementov, da pojasnijo njihovo razširjenost v vesolju.
Po njihovih ugotovitvah bi lahko povečano proizvodnjo povzročilo močno mešanje v notranjosti zvezd, na primer zaradi hitre rotacije, binarnih interakcij ali dogodkov zlivanja zvezdnih plasti, ki spreminjajo dinamiko jedrskih reakcij pred eksplozijo.
Odkritje razkriva ostre pogoje nastanka elementov, povezanih z življenjem
Kot je poudaril vodilni avtor Toshiki Sato, je bilo odkritje presenetljivo že v prvih podatkih: „Ko smo prvič videli podatke Resolve, smo zaznali elemente, ki jih pred izstrelitvijo nisem pričakoval. Takšno odkritje s satelitom, ki smo ga razvili, je za raziskovalca resnično veselje.“
Opažanja potrjujejo, da so elementi, ki so temelj življenja na Zemlji, nastali v okolju, kakršnega si težko predstavljamo: v vročih, turbulentnih globinah zvezd, kjer pogoji niso niti približno podobni tistim, ki so primerni za življenje. Študija tako še enkrat potrjuje, kako pomembne so napredne rentgenske metode pri raziskovanju fizikalnih procesov v notranjosti zvezd.
Hiroyuki Uchida iz raziskovalne ekipe je ob tem dodal: „Vesel sem, da smo lahko, čeprav le malo, začeli razumeti, kaj se dogaja v eksplodirajočih zvezdah.“
Nova opazovanja XRISM bodo razkrila, ali gre za univerzalni proces
Znanstveniki nameravajo nadaljevati opazovanja z XRISM, da bi preverili, ali je povečana proizvodnja klora in kalija splošna značilnost masivnih zvezd ali pa je Kasiopeja A posebnost. Opazovanja drugih ostankov bi lahko potrdila, ali so notranji procesi mešanja v zvezdah – hitra rotacija, binarne interakcije ali zlivanje plasti – pogost pojav v zvezdni evoluciji.
Kai Matsunaga je ob objavi poudaril osebni pomen raziskave: „Kako sta nastala Zemlja in življenje, je večno vprašanje, o katerem je vsakdo vsaj enkrat razmišljal. Naša študija razkriva le majhen del te obsežne zgodbe, vendar se počutim resnično počaščenega, da sem k njej prispeval.“
Foto: Pexels
