|
Звезды, поглотившие каменистые планеты
|
|
|
|
Международная группа ученых под руководством исследователей из Университета Сан-Паулу (Бразилия) разработала инновационный метод выявления звезд, поглотивших вращающиеся вокруг них планеты. Этот метод позволяет обнаружить изменения в содержании бериллия, относительно редкого химического элемента, и может открыть новые возможности для изучения эволюции планетных систем.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysics, анализируется двойная система, состоящая из двух очень похожих звезд солнечного типа (с физическими, химическими и магнитными характеристиками, схожими с характеристиками нашего Солнца), которые называются HD 129171 и HD 129209. В принципе, такие двойные звезды должны иметь практически одинаковый химический состав, поскольку они образовались из одного и того же молекулярного облака (скопления пыли и газа, которое служит своего рода звездными яслями). Однако исследователи обнаружили существенные различия между этими двумя звездами.
|
|
|
|
«Звезда HD 129171 обогащена тугоплавкими элементами, то есть элементами, которые обычно конденсируются в твердом состоянии и образуют каменистые планеты. Это убедительно свидетельствует о том, что на протяжении своей эволюции она поглощала планетарный материал», — говорит Энн Ратсам, докторант Института астрономии, геофизики и атмосферных наук (IAG-USP) и первый автор статьи.
|
|
|
|
Ранее ученые подозревали, что некоторые звезды могут включать в себя планеты или их фрагменты. Это новое исследование уникально тем, что впервые продемонстрировало, что различия в содержании бериллия в двойных звездах могут достоверно указывать на этот процесс.
|
|
|
|
|
|
|
Бериллий обладает важной характеристикой: он не образуется в "сердце" звезд на протяжении всей их эволюции. Поэтому, когда астрономы обнаруживают присутствие этого элемента в излучаемом звездой свете, это является тревожным знаком. Это указывает на то, что звезда поглощала скалистый материал, такой как остатки планет, задолго до образования.
|
|
|
|
Как объясняют авторы, литий, бериллий и бор являются важными исключениями в химической истории Вселенной. "Все остальные химические элементы образуются в результате первичного нуклеосинтеза [образования первых атомных ядер в течение нескольких минут после Большого взрыва] или звездного нуклеосинтеза [процесса ядерного синтеза, который происходит внутри звезд на протяжении всего времени их существования]. Но не бериллий и бор. В основном они возникают в результате процесса, называемого "космическим расщеплением", при котором частицы высокой энергии расщепляют более тяжелые ядра, такие как углерод, азот и кислород, образуя более легкие элементы", - объясняет Хорхе Луис Мелендес Морено, астроном и профессор IAG-USP, а также научный руководитель исследования.
|
|
|
|
Литий также образуется в основном в результате расщепления атомных ядер, хотя ничтожно малое количество этого элемента появилось в ходе первичного нуклеосинтеза и может образовываться в некоторых типах звёзд при особых условиях.
|
|
|
|
«Литий уже рассматривался как возможный индикатор поглощения звездой планеты, но он относительно легко разрушается. Бериллий более устойчив, и его химические следы могут сохраняться дольше», — объясняет Ратсам.
|
|
|
|
Исследование проводилось с использованием данных, полученных с помощью спектрографа UVES, установленного на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Этот прибор разделяет свет звёзд на волны разной длины, что позволяет выявлять крайне незначительные химические следы.
|
|
|
|
Наблюдения показали, что в HD 129171 концентрация тугоплавких элементов, в том числе железа, магния, кремния, кальция и титана, значительно выше, чем в её компаньоне HD 129209. Кроме того, в этой звезде наблюдается избыток лития и бериллия. По мнению исследователей, это свидетельствует о поглощении звездой каменистого материала, масса которого более чем в 11 раз превышает массу Земли.
|
|
|
|
«Этот материал мог принадлежать как одной крупной планете, так и нескольким более мелким телам». Однако в случае звёзд, подобных Солнцу, внутреннее перемешивание настолько эффективно, что по конечному химическому составу невозможно определить, какой из этих сценариев имел место», — комментирует Ратсам.
|
|
|
|
Основной вклад исследования заключается в химическом анализе, который позволил выявить бериллий как маркер событий, связанных с поглощением планет. Авторы также рассмотрели динамические механизмы, которые могут приводить к падению планет на свои звёзды, опираясь на данные из научной литературы.
|
|
|
|
К таким механизмам относятся гравитационное взаимодействие между планетами, возмущения, вызванные звёздами-компаньонами, и процессы орбитальной миграции. Из-за них орбиты могут стать сильно вытянутыми и нестабильными, что приводит к выбросу планет из системы, их столкновениям друг с другом или поглощению центральной звездой.
|
|
|
|
Важный вывод исследования заключается в том, что стабильные системы, такие как Солнечная система, могут быть редкостью. Мелендес отмечает, что на эту мысль указывают несколько независимых источников. Компьютерное моделирование формирования планет показывает, что такие конфигурации, как в Солнечной системе, где планеты-гиганты находятся на почти круговых внешних орбитах, а каменистые планеты — на стабильных внутренних орбитах, встречаются нечасто. Кроме того, наблюдения за звёздами, подобными Солнцу, показали, что планет, подобных Юпитеру, на орбитах, сравнимых с орбитой Юпитера, мало.
|
|
|
|
«Если объединить данные динамического моделирования, наблюдений за экзопланетами и химических исследований двойных звёзд, то сложится целостная картина, указывающая на то, что системы, подобные Солнечной, могут быть менее распространёнными, чем мы предполагали», — объясняет исследователь.
|
|
|
|
Мелендес также отмечает, что двойные системы очень распространены в Млечном Пути. Согласно современным оценкам, примерно у половины звёзд в галактике есть гравитационный компаньон. Поскольку две звезды в двойной системе формируются практически одновременно из одного и того же молекулярного облака, химические различия между ними являются убедительным свидетельством того, что последующие процессы, такие как поглощение планет, изменили их изначальный состав.
|
|
|
|
«В нашей Солнечной системе планеты движутся по относительно стабильным орбитам с низким эксцентриситетом. Однако если поглощение планет — распространённое явление, это означает, что многие системы проходят через периоды бурных динамических изменений», — подчёркивает Ратсам. По её словам, это может иметь непосредственное отношение к вопросу о существовании сложных форм жизни.
|
|
|
|
«Для зарождения и развития жизни потребовались бы не только миллиарды лет. Планета также должна была бы оставаться на достаточно стабильной орбите, чтобы выдержать значительные гравитационные возмущения», — объясняет она.
|
|
|
|
Исследование не только проливает свет на эволюцию планетных систем, но и имеет значение для теорий о формировании звёзд и метода, называемого «химическим маркированием». Этот метод использует данные о химическом составе звёзд для реконструкции истории Млечного Пути.
|
|
|
|
Если бы наблюдаемые химические различия в двойных звёздах были вызваны неоднородностями в первичном облаке, из которого они образовались, то общепринятые модели звездообразования пришлось бы пересмотреть. Однако результаты, полученные командой исследователей, подтверждают гипотезу о поглощении планет.
|
|
|
|
В исследовании приняли участие учёные из Университета Сан-Паулу, Польской академии наук, Китайской академии наук, Университета Монаша в Австралии и итальянских астрономических обсерваторий.
|
|
|
|
Источник
|
