Астрономи підтверджують, що відмінності в хімічному складі подвійних зір можна простежити до ранніх стадій їх формування.
За допомогою телескопа Gemini South («Близнюк-Південь») група астрономів вперше підтвердила, що відмінності в складі подвійних зір можуть виникати через хімічні зміни в хмарі речовини, з якої вони утворилися. Результати допомагають пояснити, чому зорі, сформовані з однієї молекулярної хмари, можуть мати різний хімічний склад і містити різні планетні системи, що є проблемою для сучасних моделей формування зір і планет.
Астрономи вважають, що до 85 % зір існують у подвійних зоряних системах, деякі навіть у системах із трьома чи більше зірками. Ці зоряні пари народжуються разом з однієї молекулярної хмари зі спільного надлишку хімічних будівельних блоків, тому астрономи очікують виявити, що вони матимуть майже ідентичний склад і схожі планетні системи. Однак для багатьох подвійних зір це не так. Хоча деякі запропоновані пояснення приписують ці відмінності подіям, що відбуваються після еволюції зір, група астрономів вперше підтвердила: вони насправді можуть походити ще відтоді, як зорі тільки почали формуватися.
Група науковців на чолі з Карлосом Саффе (Carlos Saffe) з Інституту астрономічних, земних і космічних наук (Institute of Astronomical, Earth and Space Sciences, ICATE-CONICET) в Аргентині використала телескоп Gemini South в Чилі, що становить половину Міжнародної обсерваторії «Близнюки» (її частково підтримує Національний науковий фонд США, а управляє нею NSFNOIRLab). За допомогою нового точного оптичного спектрографа високої роздільної здатності (Gemini High Resolution Optical SpecTrograph, GHOST) наукова група вивчала різні довжини хвиль світла або спектри від двох гігантських зір і виявила значні відмінності в їхньому хімічному складі. «Надзвичайно високоякісні спектри, отримані за допомогою GHOST, мали безпрецедентну роздільну здатність, — сказав Саффе, — що дало змогу виміряти параметри зір і вміст хімічних речовин із найвищою можливою точністю». Ці вимірювання показали, що одна зоря має більшу кількість важких елементів, ніж друга. Щоб розкрити походження цієї невідповідності, науковці застосували унікальний підхід.
Попередні дослідження запропонували три можливі пояснення спостережуваних хімічних відмінностей між подвійними зорями. Два з них пов’язані з процесами, які мали місце в еволюції зір: дифузія атомів або осідання хімічних елементів у градієнтних шарах залежно від температури кожної зірки та сили тяжіння; і поглинання маленької скелястої планети, що призведе до хімічних змін у складі зорі.
Третє можливе пояснення звертає увагу на початок формування зір, припускаючи, що відмінності походять від первісних або наявних раніше ділянок неоднорідності всередині молекулярної хмари. Простіше кажучи, якщо молекулярна хмара має нерівномірний розподіл хімічних елементів, то зорі, що народжуються в цій хмарі, матимуть різний склад залежно від того, які елементи були доступні в місці, де кожна з них утворилася.
На поточний момент із досліджень випливає, що всі три пояснення ймовірні; однак ці дослідження були зосереджені головно на подвійних зорях, які містяться на головній послідовності діаграми Герцшпрунга—Рассела. «Головна послідовність» — це стадія, в якій зоря існує найдовше, і більшість зір у Всесвіті є зорями головної послідовності, зокрема і Сонце. Натомість Саффе та його група спостерігали подвійну систему, що складається з двох гігантських зір. Ці зорі мають надзвичайно глибокі та сильно турбулентні зовнішні шари, або конвективні зони. Завдяки властивостям цих густих конвективних зон наукова група змогла зняти з розгляду два з трьох можливих пояснень.
Безперервне завихрення речовини в конвективній зоні ускладнить її осідання в шари, що означає: гігантські зорі менш чутливі до ефектів дифузії атомів, а це суперечить першому поясненню. Товстий зовнішній шар також означає, що поглинання планет не сильно змінить склад зорі, оскільки «спожита» речовина швидко буде розбавлена серед речовини зорі. Тобто, друге пояснення теж знімається з розгляду. Отже, первинні неоднорідності всередині молекулярної хмари отримали підтверджене пояснення. «Це вперше, коли астрономи змогли підтвердити, що відмінності між подвійними зорями починаються на найраніших стадіях їх формування», — сказав Саффе.
«Використовуючи можливості точного вимірювання, завдяки приймачу GHOST, GeminiSouthнині виконує спостереження за зорями наприкінці їхнього життя, щоб виявити середовище, в якому вони народилися», — зазначив Мартін Стілл (Martin Still), директор програми NSF Міжнародної обсерваторії «Близнюки». «Це дає нам можливість досліджувати, як умови, в яких утворюються зорі, можуть впливати на все їх існування протягом мільйонів або мільярдів років».
Три наслідки цього дослідження мають особливе значення. По-перше, ці результати пропонують пояснення того, чому астрономи бачать подвійні зорі з такими різними планетними системами. «Різні планетні системи можуть означати дуже різні планети — скелясті, землеподібні, крижані гіганти, газові гіганти — які обертаються навколо материнських зір на різних відстанях і де потенціал підтримки життя може бути дуже різним», — сказав Саффе.
По-друге, ці результати є важливим викликом концепції хімічного мічення — використання хімічного складу для ідентифікації зір, які походять з того самого середовища або зоряного розплідника — показуючи, що зорі з різним хімічним складом все ще можуть мати те саме походження.
Нарешті, слід буде переглянути спостережувані відмінності, які раніше приписували впливу планет на поверхню зорі, оскільки тепер можна вважати, що вони існували з самого початку її життя.
«Вперше показавши, що первинні відмінності справді існують і відповідають за відмінності між зорями-близнюками, ми показуємо: формування зір і планет може бути складнішим, ніж досі вважали науковці», — сказав Саффе. «Всесвіт любить різноманітність!»
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
