Углеродные звезды в два раза больше Солнца оказались основными поставщиками углерода

Астрономы выяснили, что главными «поставщиками» углерода в Млечном пути — четвертого по распространенности во Вселенной элемента, соединения которого составляют основу земной жизни — были углеродные звезды, в полтора-два раза больше Солнца. К такому выводу ученые пришли, проанализировав пару десятков белых карликов, сообщается в статье в Nature Astronomy.

Жизнь на Земле построена на огромном многообразии соединений углерода, но откуда он берется в нашей галактике до сих пор не до конца ясно. Одни исследования говорят о том, что он образуется в звездном ветре крупных тел, которые заканчивают свое существование взрывом сверхновой, в то время как другие наблюдения указывают на то, что источником углерода могут быть небольшие звезды (в основном углеродные, в чьей атмосфере больше углерода, чем кислорода), которые потеряли свою внешнюю оболочку и превратились в белые карлики — горячие плотные остатки ядер звезд.

Чтобы выяснить, какие углеродные звезды были основными распространителями углерода в межзвездном пространстве, Паола Мариго (Paola Marigo) из Университета Падуи вместе с коллегами проанализировала 19 белых карликов из звездных скоплений старше полутора миллиардов лет. Белые карлики — это один из финальных этапов существования звезд: после того, как звезда превращается в красный гигант (с Солнцем это произойдет примерно через пять миллиардов лет), она раздувается, сбрасывает внешнюю оболочку, а ее внутреннее ядро, наоборот, сжимается, формируя белый карлик. Ученые провели анализ соотношения массы «прародителя» белого карлика и конечной массы получившегося объекта: он может дать информацию о том, сколько обогащенного металлами газа (в астрономии металлы — элементы тяжелее водорода и гелия) было выброшено в межзвездную среду.

Как правило, чем больше изначальная масса звезды, тем больше будет масса белого карлика. Тем не менее, белые карлики оказались намного тяжелее, чем предсказывали модели, учитывающие их первоначальные размеры. В частности, скачок наблюдался среди объектов, масса прародителей которых превосходила солнечную в 1,65–2 раза. По мнению авторов, эта аномалия может быть следом медленной эволюции углеродных звезд.

В классических углеродных звездах обилие одноименного элемента считается результатом горения гелия в ходе тройного альфа-процесса внутри звезды. Продукты синтеза перемещаются к поверхности звезды эпизодической конвекцией. Астрономы предполагают, что гелиевые вспышки, которые запускают горения гелия в тройном альфа-процессе, в случае «прародителей» неожиданно крупных белых карликов изначально плохо достигали глубоких слоев звезды. Как следствие, углерод переносился из недр во внешнюю оболочку очень медленно, и звездный ветер, причиной возникновения которого считается давление излучения в спектральных линиях тяжелых элементов, таких как углерод или азот, также оказался слабым. Это продлило жизнь углеродным звездам и дало их ядрам больше времени на рост.

Более активными «поставщиками» углерода в молодом Млечном пути могли быть звезды, которые в два раза превосходят по размерам Солнце (хотя менее крупные тела все равно играли важную роль). В них содержание углерода в оболочке должно было быть более высоким, а звездный ветер — сильнее. Также исследователи показали, что звезды с массами менее 1,5 солнечной не вносили вклад в распространение углерода в межзвездной среде.

Ранее мы рассказывали о том, что астрономы нашли самый близкий к Земле двойной белый карлик с чрезвычайно малой массой. Предполагается, что через несколько десятков миллиардов лет его компоненты сольются, что может привести к вспышке сверхновой.

Кристина Уласович