Группа исследователей под руководством ученых НИЦ «Курчатовский институт» — ИТЭФ выяснила, что в коллапсирующем ядре сверхновой звезды содержится множество легких нейтронно-избыточных изотопов водорода и гелия, в первую очередь, изотопа 4H. Оказалось, что именно его присутствие в том или ином количестве влияет на темпы обмена энергией между веществом и потоком нейтрино внутри звезды. В зависимости от этого либо произойдет взрыв сверхновой, либо ударная волна затухнет, и вся звезда сколлапсирует в черную дыру. Результаты исследования позволят точнее предсказывать будущее звезд. Свою работу ученые представят на симпозиуме «Периодическая таблица сквозь пространство и время» в рамках XXI Менделеевского съезда, который пройдет с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге.

Для моделирования взрывов сверхновых звезд астрономы используют уравнения состояния вещества. Среди переменных — набор учитываемых ядер с их параметрами (энергиями связи и т.п.) В каждом из таких уравнений эти наборы, вообще говоря, различны. В новом исследовании ученые НИЦ «Курчатовский институт» — ИТЭФ совместно с коллегой из Базельского университета (Швейцария) сравнили результаты вычислений по трем уравнениям состояния и выяснили, что одна из важнейших переменных никогда астрофизиками не учитывалась.

«В самых продвинутых уравнениях состояния учитываются тысячи ядер. Но изотоп 4H никогда в эти наборы не включался. Более того, другие легкие нейтронно-избыточные изотопы тоже редко кем рассматривались. А они оказались важны», — сообщил ведущий автор исследования, заведующий лабораторией физики плазмы и астрофизики НИЦ «Курчатовский институт» — ИТЭФ Андрей Юдин.

Ученые выяснили, что в коллапсирующем ядре сверхновой звезды содержится множество легких нейтронно-избыточных изотопов водорода и гелия, в первую очередь, изотопа 4H.

«Мы показали, что влияние легких нейтронно-избыточных изотопов на параметры уравнения состояния вещества, и, соответственно, непосредственно на динамику коллапса, малы. Но изменения в скоростях реакций нейтрино с веществом могут быть значительны», — пояснил Андрей Юдин.

Открытие ученых крайне важно, поскольку именно нейтрино «управляют» процессом коллапса и взрыва звезды. Они уносят в сто раз больше энергии, чем выделяется в виде кинетической энергии разлетающегося вещества, и в 10 тыс. раз больше, чем уносят фотоны. А ведь именно вспышка фотонного излучения и является тем чрезвычайно ярким событием, сравнимым по светимости с сиянием целой галактики, которое мы и называем взрывом сверхновой. Поэтому даже маленькие изменения в темпах обмена энергией между веществом и потоком нейтрино внутри звезды могут решить вопрос: произойдет ли взрыв, или ударная волна затухнет, и вся звезда сколлапсирует в черную дыру.

«Достаточно от захлестывающего звезду потока нейтрино забрать лишь 1 процент энергии, и мы получим успешный взрыв сверхновой! Потому-то изменения в скорости реакций нейтрино с веществом так важны. Мы обращаем внимание исследователей на то, что эффект, вызываемый учетом легких изотопов важен, должен учитываться, и может повлиять на процесс взрыва», — подчеркнул Андрей Юдин.