Впечатление этого художника иллюстрирует двойную пару гигантских звезд. Несмотря на то, что астрономы родились из одного и того же молекулярного облака, они часто обнаруживают различия в химическом составе двойных звезд и планетных систем. Показано, что на одной звезде этой системы расположены три небольшие каменистые планеты, а на другой звезде — два газовых гиганта. Используя GHOST Gemini South, группа астрономов впервые подтвердила, что эти различия можно объяснить неоднородностями в первичном молекулярном облаке, из которого родились звезды. Авторы и права: NOIRLab/NSF/AURA/J. да Силва (Космический двигатель)/М. Замани
С помощью телескопа Gemini South группа астрономов впервые подтвердила, что различия в составе двойных звезд могут возникать из-за химических изменений в облаке звездного материала, из которого они образовались. Результаты помогают объяснить, почему звезды, рожденные из одного и того же молекулярного облака, могут иметь разный химический состав и содержать разные планетные системы, а также бросают вызов современным моделям формирования звезд и планет.
Подсчитано, что до 85% звезд существуют в двойных звездных системах, а некоторые даже в системах с тремя и более звездами. Эти звездные пары рождаются вместе из одного и того же молекулярного облака из общего обилия химических строительных блоков, поэтому астрономы ожидают обнаружить, что они имеют почти идентичный состав и планетные системы.
Однако для многих двоичных файлов это не так. Хотя некоторые предложенные объяснения объясняют эти различия событиями, произошедшими после эволюции звезд, группа астрономов впервые подтвердила, что они могут возникнуть еще до того, как звезды начали формироваться.
Команда под руководством Карлоса Саффе из Института астрономических, наук о Земле и космосе (ICATE-CONICET) в Аргентине использовала телескоп Gemini South в Чили, который является частью Международной обсерватории Джемини.
С помощью нового точного оптического спектрографа высокого разрешения Gemini (GHOST) команда изучила различные длины волн света или спектры, испускаемые парой гигантских звезд, что выявило значительные различия в их химическом составе.
«Чрезвычайно высококачественные спектры GHOST обеспечивают беспрецедентное разрешение, — сказал Саффе, — позволяя нам измерять звездные параметры звезд и их химическое содержание с максимально возможной точностью». Эти измерения показали, что одна звезда имеет более высокое содержание тяжелых элементов, чем другая. Чтобы выяснить причину этого несоответствия, команда использовала уникальный подход.
Предыдущие исследования предложили три возможных объяснения наблюдаемых химических различий между двойными звездами. Два из них связаны с процессами, которые могли происходить уже в ходе эволюции звезд: диффузия атомов или осаждение химических элементов в градиентные слои в зависимости от температуры каждой звезды и поверхностной гравитации, а также поглощение небольшой каменистой планеты, которое привело бы к появлению химических элементов. вариации звездного состава.
Третье возможное объяснение восходит к началу формирования звезд, предполагая, что различия происходят из первичных или ранее существовавших областей неоднородности внутри молекулярного облака. Проще говоря, если молекулярное облако имеет неравномерное распределение химических элементов, то звезды, рожденные в этом облаке, будут иметь разный состав в зависимости от того, какие элементы были доступны в том месте, где каждый из них образовался.
На данный момент исследования пришли к выводу, что все три объяснения вероятны; однако эти исследования были сосредоточены исключительно на двойных системах главной последовательности. «Главная последовательность» — это стадия, на которой звезда проводит большую часть своего существования, а большинство звезд во Вселенной, включая наше Солнце, являются звездами главной последовательности.
Вместо этого Саффе и его команда наблюдали двойную систему, состоящую из двух гигантских звезд. Эти звезды обладают чрезвычайно глубокими и сильно турбулентными внешними слоями или конвективными зонами. Благодаря свойствам этих толстых конвективных зон команда смогла исключить два из трех возможных объяснений.
Постоянное завихрение жидкости внутри конвективной зоны затруднит осаждение материала в слои, а это означает, что звезды-гиганты менее чувствительны к эффектам атомной диффузии, что исключает первое объяснение. Толстый внешний слой также означает, что поглощение планеты не сильно изменит состав звезды, поскольку поглощенный материал будет быстро растворяться, что исключает второе объяснение.
Это оставляет первичные неоднородности внутри молекулярного облака в качестве подтвержденного объяснения. «Это первый раз, когда астрономы смогли подтвердить, что различия между двойными звездами начинаются на самых ранних стадиях их формирования», — сказал Саффе.
«Используя возможности прецизионного измерения, предоставляемые инструментом GHOST, Gemini South сейчас собирает наблюдения за звездами в конце их жизни, чтобы выявить среду, в которой они родились», — говорит Мартин Стилл, директор программы NSF Международной обсерватории Джемини. . «Это дает нам возможность исследовать, как условия формирования звезд могут влиять на все их существование на протяжении миллионов или миллиардов лет».
Три следствия этого исследования имеют особое значение. Во-первых, эти результаты предлагают объяснение того, почему астрономы видят двойные звезды с такими разными планетными системами. «Различные планетные системы могут означать очень разные планеты — скалистые, похожие на Землю, ледяные гиганты, газовые гиганты — которые вращаются вокруг своих звезд-хозяев на разных расстояниях и на которых потенциал для поддержания жизни может быть очень разным», — сказал Саффе.
Во-вторых, эти результаты бросают решающий вызов концепции химического мечения — использования химического состава для идентификации звезд, происходящих из одной и той же среды или звездных питомников, — поскольку они показывают, что звезды с разным химическим составом могут иметь одинаковое происхождение.
Наконец, необходимо будет проанализировать наблюдаемые различия, ранее приписываемые планетарным воздействиям на поверхность звезды, поскольку теперь можно считать, что они существовали с самого начала жизни звезды.
«Впервые показав, что первичные различия действительно существуют и ответственны за различия между звездами-близнецами, мы показываем, что формирование звезд и планет может быть более сложным, чем первоначально предполагалось», — сказал Саффе. «Вселенная любит разнообразие».
Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Информация от: Ассоциацией университетов астрономических исследований.
