Соседние с Солнцем красные карлики объясняют происхождение углерода и кислорода

Мы живем рядом с термоядерным реактором в космосе, который обеспечивает нас всем теплом и светом. Этот реактор также отвечает за образование различных элементов тяжелее водорода, и это справедливо для всех звезд. Так как же мы узнаем, что звезды являются генераторами элементов? Многие подсказки скрыты в звездных спектрах, поскольку они содержат «отпечатки пальцев» различных элементов, синтезированных звездами.

В течение многих лет в наборе данных, полученных в ходе поиска планет вокруг близлежащих звезд, хранились подсказки о процессе образования углерода и кислорода. Астрономы предположили, что такие звезды могут быть местами, где можно искать экзопланеты. Благодаря гениальной идее астронома Дарио Гонсалеса Пикоса из Лейденского университета в Нидерландах, он и исследовательская группа изучили спектры высокого разрешения близлежащих звезд в поисках редких изотопов этих двух элементов.

Исследовательская группа изучила 32 звезды типа M-карликов, которые являются одними из самых распространенных в Галактике. Они долгое время живут на главной последовательности, то есть в период, когда звезда синтезирует элементы в своем ядре. Атмосферы этих звезд сохраняют следы их химической эволюции от рождения до нынешнего состояния. В исследованных звездах были обнаружены редкие изотопы углерода и кислорода, что многое говорит об их эволюции. Результаты работы группы представляют собой шаг вперед в понимании процесса образования элементов и того, как они рассеиваются в ходе звездной эволюции.

Углерод и кислород в изобилии присутствуют во Вселенной. Мы — углеродсодержащие формы жизни, как и вся жизнь на нашей планете, которая сама по себе состоит из углерода. Мы дышим кислородом, который вырабатывается другими формами жизни на планете. Поэтому вполне естественно задаться вопросом, как эти два элемента появились в процессе звездной эволюции. Это означает, что нам также необходимо понять сложности процесса образования элементов в звездах.

«Ядерный синтез в звёздах — сложный процесс, и это лишь отправная точка химической эволюции», — сказал Дарио Гонсалес Пикос из Лейденского университета, возглавлявший исследование. Этот процесс называется звёздным нуклеосинтезом, и все звёзды его осуществляют. Наше Солнце, например, синтезирует водород, превращая его в гелий, и будет продолжать это делать ещё несколько миллиардов лет. Затем наступит момент, когда в ядре закончится водород, и оно начнёт синтезировать гелий, превращая его в более тяжёлые элементы, такие как изотопы углерода и кислорода. В этот момент оно превратится в красноватую звезду, выбрасывающую свои элементы в космос сильным ветром. Звёзды, гораздо более массивные, чем Солнце, делают то же самое, но при взрывах в виде сверхновых они образуют ещё более тяжёлые элементы.

По сути, звёзды являются частью огромного космического проекта по переработке, который обогащает их галактики материалом для образования новых звёзд и планет. Их свет несёт в себе историю всего, что они пережили, посредством химических следов, оставленных в результате создания новых элементов.

Гонсалес Пикос работал с Игнасом Снелленом и Сэмом де Регтом над обнаружением и считыванием химических отпечатков в звездном свете с помощью изотопов углерода и кислорода. Это различные разновидности этих элементов, отличающиеся количеством нейтронов в атомах. Например, на Земле 99% атомов углерода имеют 6 нейтронов, но лишь небольшая их часть — 7. Команда успешно измерила эти изотопные соотношения для углерода и кислорода в 32 соседних звездах с беспрецедентной точностью. Для этого они проанализировали архивные данные с Гавайского телескопа Канада-Франция на Мауна-Кеа. Данные включали звезды с эффективной температурой от 3000 до 3900 К, которые демонстрировали сильные сигналы для более тяжелых элементов (то есть, обладали высокой металличностью в своих атмосферах).

«Теперь мы видим, что звезды, менее обогащенные химическими веществами, чем Солнце, содержат меньше этих минорных изотопов», — сказал де Регт. «Это открытие подтверждает предсказания некоторых моделей химической эволюции галактик и теперь предоставляет новый инструмент для перемотки химических часов космоса назад».

«Первоначально наблюдения проводились по совершенно иной причине, чем та, для которой мы используем их сейчас», — сказал Снеллен. «Использование спектров высокого разрешения, которые изначально предназначались для открытия планет, для этого изотопного исследования было полностью идеей Дарио — и результаты оказались впечатляющими».

Как отмечает Гонсалес Пикос, в результате получается еще один способ использовать звездную химию для отслеживания других типов эволюции во Вселенной. «Эта космическая детективная история в конечном итоге рассказывает о нашем собственном происхождении, помогая нам понять наше место в длинной цепочке астрофизических событий и почему наш мир выглядит именно так», — сказал он.