Астрофизики объяснили «химический парадокс» в двойной звездной системе

❋ 4.8

Две звезды, родившиеся вместе и вращающиеся друг вокруг друга, оказались удивительно разными по составу. Сценарий, объясняющий этот «химический парадокс», предполагает, что одно из светил поглотило целую планету или даже несколько планетных ядер. Если это так, то астрономы обнаружили одно из самых убедительных свидетельств того, что звезды могут менять свой химический состав уже после формирования.

Астрономия

# двойная звезда

# Двойная система

# звезды

# компьютерное моделирование

# металличность

# планеты

Звезда, поглощающая планету в представлении художника. / © Gabi Perez /IAC

Система HD 81809 расположена примерно в 112 световых годах от Земли и состоит из двух звезд солнечного типа. Поскольку компоненты двойной системы обычно формируются из одного и того же газопылевого облака, ожидается, что их возраст и химический состав будут практически идентичными.

Последние наблюдения системы показали, что одна из звезд — HD 81809A — содержит мало тяжелых элементов, а вот ее спутница — HD 81809B — напротив, содержит почти солнечное количество металлов. Разница в содержании железа при этом достигает 0,57 десятичной величины — слишком много, чтобы объяснить ее обычными процессами звездной эволюции.

Чтобы разобраться в этой аномалии, Нуну Моэдаш (Nuno Moedas) из Технического университета Дании и Мария Пиа Ди Мауро (Maria Pia Di Mauro) из Итальянского национального института астрофизики смоделировали эволюцию HD 81809B с помощью MESA — программы, широко использующейся для расчетов внутреннего строения звезд.

Проведя различные сценарии поступления вещества на поверхность светила — от медленного накопления материала на протяжении миллиардов лет до относительно недавнего и быстрого поглощения планетарного объекта, — исследователи обнаружили, что наиболее реалистичным может быть именно второй вариант.

В частности, чтобы повысить содержание железа до наблюдаемого уровня, светилу понадобилось бы получить от 25 до 75 масс Земли в виде металлов. Это сопоставимо с массой твердых ядер некоторых гигантских планет. Если же подобное событие произошло очень давно, на ранних этапах жизни звезды, необходимое количество вещества возрастает до 150-250 масс Земли и более, что куда менее вероятно.

Такой сценарий объясняет не только химический состав, но и температуру светила. После добавления большого количества тяжелых элементов звезда становится немного холоднее, а ее параметры лучше согласуются с наблюдениями. Это связано с тем, что металлы повышают непрозрачность вещества и изменяют перенос энергии внутри звезды.

Но есть и проблема. Вместе с железом аккреция богатого металлами вещества неизбежно должна была обогатить поверхность литием — элементом, который считается важным индикатором поглощения планет. В случае с HD 81809B его количество оказалось слишком высоким по сравнению с наблюдаемым. Причем устранить это расхождение не позволяет даже учет дополнительного перемешивания вещества внутри звезды.

Авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, показали, что наблюдаемый уровень лития соответствовал бы поглощению менее чем шести земных масс, тогда как для объяснения содержания железа требуется много больше вещества. Причина, по мнению астрономов, может скрываться в химическом составе поглощенного объекта. В моделях использовали смеси элементов, основанные на составе вещества Солнечной системы, однако реальные планеты вокруг HD 81809 могли иметь иное соотношение элементов. Кроме того, сами измерения содержания лития пока остаются недостаточно точными.

Исследователи также рассмотрели альтернативные сценарии. Например, звезда могла изначально сформироваться в другом месте Галактики и позже оказаться захваченной системой. Правда, такие модели приводят к возрасту светила, превышающему возраст Вселенной, и плохо согласуются с данными наблюдений. Поэтому сценарий с поглощением планеты выглядит наиболее правдоподобным.

Если выводы ученых верны, HD 81809B станет настоящей лабораторией для изучения взаимодействия звезд с собственными планетными системами, способными менять их химический состав. Проверить, действительно ли звезда «съела» свои планеты, помогут будущие наблюдения.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор освещает темы из разных областей науки, включая астрономию, палеонтологию и генетику. Пишет о научных открытиях, природных явлениях и эволюционных процессах.