Скопление Персея — это массивное скопление галактик, расположенное в одноименном созвездии. В нем более тысячи галактик, окруженных раскаленным газом. Этот газ — по-научному, внутрикластерная среда — образуется в результате миллиардов взрывов сверхновых. Он ярко светится в рентгеновском диапазоне, и по этому излучению можно изучать химию сверхновых, ответственных, как известно, за производство большей части тяжелых элементов.
В 2016 году Япония запустила рентгеновский телескоп Hitomi, который буквально развалился через месяц с небольшим. В Политехническом институте Университета штата Нью-Йорк изучили наблюдения скопления Персея, которые этот высокоточный инструмент успел провести за свою недолгую жизнь.
Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal. Они показали серьезные расхождения теорий с реальностью: модели предсказывают слишком много кремния и серы и слишком мало аргона и кальция. Эти элементы в изобилии производятся массивными звездами, чья масса в 10 и более раз превышает солнечную. Это означает, что текущие модели массивных звезд и их взрывов как сверхновых необходимо пересмотреть, чтобы согласовать их с наблюдениями.
Авторы исследования, астрофизик Син-Чи Лён и его студенты, составили новые модели эволюции массивных звезд и последующих сферических взрывов, калибруя их с помощью обновленных наблюдательных данных. В первой части работы в соответствие действительности привели содержание кремния, серы, аргона и кальция.
Во второй части исследования эти расчеты расширили, охватывая широкий диапазон металличностей (показатель исходного содержания тяжелых элементов, который коррелирует с космическим возрастом) и масс звезд — от 15 до 60 солнечных масс. Эти модели интегрируют в вычислительный конвейер химической эволюции галактик, чтобы проследить, как сверхновые одно поколение за другим накапливают тяжелые элементы и способствуют формированию новых звезд. С помощью этого процесса ученые реконструируют историю взрывов сверхновых и отслеживают эволюцию отдельных элементов за последние 10 миллиардов лет, чтобы прийти к той картине распределения химических элементов, которую мы наблюдаем сегодня.
«Здорово, что "Хитоми" успел накопить такое наследие, которое послужило основой для исследований, полезных не только для самого скопления, но и для звезд Млечного Пути, бедных металлами звезд и галактик. Телескоп нового поколения XRISM, запущенный в 2023 году, продолжил эстафету, проводя точные измерения остатков сверхновых и галактических объектов. Эти открытия помогут продвинуть разработку моделей звезд и сверхновых следующего поколения», — подытожил Лён.
В дальнейшем новые калиброванные модели проверят в экстремальных условиях, в частности, более приближенных к реальности биполярных взрывах.