Почему двойные звезды бывают такими разными?

Обычно двойные звезды образуются одновременно из тех же газопылевых облаков. Поэтому если они имеют одинаковую массу, то должны и эволюционировать похожим образом. Однако иногда это происходит совсем не так, и ученые смогли выяснить причины такой ситуации.

Двойные звезды
Двойные звезды. Источник: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani

Как образуются двойные звезды

Команда астрономов с помощью телескопа Gemini South впервые подтвердила, что различия в составе двойных звезд могут быть следствием химических вариаций в облаке звездного материала, из которого они образовались. Результаты помогают объяснить, почему звезды, рожденные из одного молекулярного облака, могут иметь разный химический состав и планеты на своих орбитах, а также ставят под сомнение современные модели формирования таких систем.

По оценкам, до 85 процентов звезд существуют в двойных системах, а некоторые даже в системах с тремя или более светилами. Эти пары рождаются вместе из одного молекулярного облака из общего большого количества химических строительных блоков, поэтому астрономы ожидают, что они будут иметь почти идентичный состав и планетные системы.

Однако для многих двойных систем это не так. Хотя некоторые предложенные объяснения связывают эти различия с событиями, произошедшими после эволюции звезд, команда астрономов впервые подтвердила, что они могут возникнуть еще до того, как звезды начали формироваться.

С помощью нового точного оптического спектрографа высокого разрешения обсерватории Gemini (GHOST) команда изучила различные длины волн света, или спектры, излучаемые парой гигантских звезд, и обнаружила значительные различия в их химическом составе.

В чем причина различий между звездами?

Предыдущие исследования предложили три возможных объяснения химических различий между двойными звездами. Два из них связаны с процессами, которые могли происходить в ходе их эволюции: атомная диффузия, или оседание химических элементов в градиентных слоях в зависимости от температуры и поверхностной гравитации каждого светила, и поглощение небольшой каменистой планеты, что могло бы внести в термоядерную печь новые химические элементы.

Третье возможное объяснение отсылает к началу формирования звезд и содержит предположение, что различия происходят из первичных областей неоднородности в молекулярном облаке. 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 месте, где каждая из них сформировалась.

Ученые пришли к выводу, что все три объяснения являются вероятными, но эти исследования сосредотачивались исключительно на двойных звездах главной последовательности. К ним относится большинство светил во Вселенной, включая Солнце.

Двойные звезды раскрывают свои тайны

Во время нового исследования Карлос Саффе и его команда наблюдали систему, состоящую из двух гигантских звезд. Они имеют чрезвычайно глубокие и сильно турбулентные внешние слои, или конвективные зоны. Изучая их свойства, ученые смогли исключить для данного случая два из трех возможных объяснений.

Непрерывное завихрение жидкости в конвективной зоне затрудняет оседание материала в слоях, а это означает, что гигантские звезды менее чувствительны к эффектам атомной диффузии, чем считалось до сих пор, что исключает первое объяснение. Толстый внешний слой также означает, что поглощение планеты не сильно изменило бы состав звезды, поскольку поглощенный материал быстро растворился бы, что исключает второе объяснение.

Это оставляет первоначальные неоднородности внутри молекулярного облака единственным возможным объяснением. «Это первый случай, когда астрономы смогли подтвердить, что различия между двойными звездами начинаются на ранних стадиях их формирования», — говорит Саффе.

Последствия исследования ученых

Три последствия этого исследования имеют особое значение. Во-первых, эти результаты дают объяснение, почему астрономы видят двойные звезды с такими разными планетными системами. Различные планетные системы могут означать очень разные планеты: каменистые, похожие на Землю, ледяные гиганты, газовые гиганты. Они могут вращаться вокруг своих светил на разных расстояниях и где потенциал для поддержания жизни может быть очень разным.

Во-вторых, эти результаты бросают серьезный вызов концепции, согласно которой различный химический состав звезд означает, что они образовались из разных газопылевых облаков. Теперь очевидно, что даже родившиеся вместе светила могут сильно отличаться.

Наконец, наблюдаемые различия, которые раньше приписывали падениям планет на поверхность звезд, нужно будет пересмотреть, поскольку теперь они могут рассматриваться как существовавшие с самого начала образования светила.

По материалам phys.org

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine