Согласно новому исследованию, массивные звезды могут производить вдвое больше углерода, когда у них есть близкий двойной компаньон. Результатом является небольшой, но важный шаг в понимании космического происхождения элементов.
“Весь скалистый и металлический материал, на котором мы стоим, железо в нашей крови, кальций в наших зубах, углерод в наших генах были произведены миллиарды лет назад в недрах звезды красного гиганта”, — писал Карл Саган в 1973 году. ”Мы сделаны из звездного вещества».
По правде говоря, ученые все еще пытаются проследить происхождение многих элементов, включая углерод, строительный блок жизни на Земле. Мы знаем, что звезды, несомненно, производят и выбрасывают углерод в течение своей жизни. Но звезды бывают разных вкусов, и остается неясным, сколько углерода производит каждая из них.
Теперь ученые обратили внимание на особый класс звезд: двойные звезды. Новое исследование, которое будет опубликовано в The Astrophysical Journal, показывает, что массивные звезды с компаньонами могут выбрасывать примерно в два раза больше углерода, чем изолированные звезды, что делает их особенно плодовитыми углеродными фабриками.
Массивные звезды образуют много тяжелых элементов. В горячих желудках звезд легкие элементы сливаются с более тяжелыми, образуя углерод, кислород и далее вплоть до железа. Быстрые потоки частиц, сдуваемых со звезд, называемые звездными ветрами, уносят часть этих элементов. И когда массивная звезда взрывается как сверхновая, она выбрасывает тяжелые элементы далеко в космос.
Ученые используют теоретические модели для изучения эволюции звезд и расчета того, сколько каждого элемента звезда производит в течение своей жизни и сколько выбрасывает в космос. Но большинство моделей игнорируют тот факт, что массивные звезды любят компанию. У большинства массивных звезд есть спутники, и это влияет на их эволюцию.
“Большую часть своей жизни звезда просто сжигает водород в своем ядре; когда это прекращается, звезда расширяется и становится очень большой”, — объясняет Роб Фармер (Институт астрофизики Макса Планка), который руководил новым исследованием. На этой стадии изолированная звезда просто становится гигантской звездой.
Однако ситуация иная, если у звезды есть близкий спутник. В этом случае компаньон стягивает материал с расширяющейся звезды, полностью снимая ее внешние слои. Такая раздетая звезда образует богатый углеродом слой вблизи поверхности, что облегчает ее звездным ветрам, а в некоторой степени и конечному взрыву, выброс углерода.
По оценкам Фармера, звездные спутники уничтожили около трети всех массивных звезд — мы не можем игнорировать их!
Когда исследователи использовали современную симуляцию для отслеживания эволюции и образования углерода раздетой звезды, они подтвердили, что массивная звезда в двойной системе выделяет углерод более эффективно, чем изолированная звезда.
“Углерод — это богатый элемент, важный для жизни, у нас есть много причин подробно изучить его”, — говорит Донателла Романо (Обсерватория астрофизики и космических наук, Италия). Романо считает, что массивные звезды производят большую часть углерода во Вселенной.
Однако, добавляет она, другие источники, такие как звезды красного гиганта, также способствуют производству углерода. Более того, выход углерода любой звезды зависит от среды, в которой она родилась, что требует более тщательного анализа многих других возможных путей эволюции массивных и менее массивных звезд.
“Нас также интересуют другие тяжелые элементы, потому что мы хотим получить полную картину химической эволюции галактики”, — поясняет Донателла Романо.
Действительно, Фермер и его коллеги уже исследуют производство других тяжелых элементов. “Это намного дороже с точки зрения вычислений», — говорит Фармер. “Вот почему мы сначала посмотрели на углерод, потому что его проще понять и проще запустить”.
Поскольку звезды доставляют тяжелые элементы в межзвездную среду на протяжении всей своей жизни, они закладывают семена для следующего поколения. Этот цикл продолжался от первых звезд до сегодняшнего дня, что привело к еще большему содержанию тяжелых элементов в галактике. Объединив звездную и галактическую теории, ученые надеются узнать об этом обогащении и о том, как оно повлияло на эволюцию галактик, планетных систем и, в конечном счете, жизни.
