Анализ белых карликов в Млечном Пути и других галактиках показал, что звезды этого класса могут быть важным источником углерода — элемента, необходимого для жизни. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Все атомы углерода во Вселенной были созданы в результате слияния трех атомов гелия. Но астрофизики до сих пор спорят, звезды какого являются основным источником углерода.
Приблизительно 90 процентов всех звезд заканчивают свою жизнь белыми карликами — очень плотными звездными остатками, которые постепенно охлаждаются и тускнеют в течение миллиардов лет. Данные, полученные астрономами из США, Великобритании, Канады, Швеции, Италии и Швейцарии, позволяют предполагать, что белые карлики были такими же важными источниками углерода, как взрывы массивных звезд в виде сверхновых.
Прежде чем полностью сгореть, по мнению ученых, эти звезды оставляют важное наследие — распространяемый в окружающее пространство звездный ветер, обогащенный химическими элементами, включая углерод, синтезированными в глубоких недрах звезды во время последних стадий перед смертью.
Авторы с 2018 года изучали в Обсерватории Кека на Гавайях спектры звездных скоплений — групп из нескольких тысяч звезд, образованных из одного гигантского молекулярного облака, примерно одного возраста и объединенных взаимным гравитационным притяжением.
"Из анализа наблюдаемых спектров нам удалось измерить массы белых карликов, — приводятся в пресс-релизе Американского астрономического общества слова одного из авторов исследования Энрико Рамиреса-Руиса (Enrico Ramirez-Ruiz), профессора астрономии и астрофизики из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — Используя теорию эволюции звезд, мы смогли проследить их историю до звезд-прародителей и получить массы при рождении".
Отношение между начальными и конечными массами звезд известна как начально-конечная массовая зависимость — фундаментальный астрофизический параметр, объединяющий информацию по всем жизненным циклам звезд. В целом, чем массивнее была звезда при рождении, тем массивнее остающийся после ее смерти белый карлик. Эта тенденция подтверждается как теорией, так и данными наблюдений.
Но анализ недавно обнаруженных белых карликов в звездных скоплениях дал удивительный результат: массы этих белых карликов были заметно больше, чем ожидалось, что привело к появлению "изгиба" в отношении начально-конечной массы для звезд в определенном диапазоне.
"Наше исследование интерпретирует этот излом в начальных и конечных массовых отношениях как признак синтеза углерода, производимого звездами с низкой массой в Млечном Пути", — говорит ведущий автор статьи Паола Мариго (Paola Marigo) из Университета Падуи в Италии.
Анализируя начально-конечное соотношение масс вокруг перегиба, исследователи пришли к выводу, что углерод распространяли звезды, в два и более раза массивнее Солнца, в то время как звезды менее 1,5 солнечных масс этого не делали.
Более массивные звезды на последних этапах жизни производили в своих горячих недрах атомы углерода и переносили их на поверхность, откуда их сдувал звездный ветер. Выполненное учеными моделирование показало, удаление внешней мантии таких звезд, богатой углеродом, происходило достаточно медленно, чтобы центральные ядра этих звезд — будущие белые карлики — заметно выросли в массе.
"Теперь мы знаем, что углерод произошел от звезд с массой рождения не менее примерно 1,5 солнечных масс", — отмечает Мариго.Авторы считают, что яркие, близкие к своей смерти звезды, очень похожие на прародителей белых карликов, в настоящее время вносят огромный вклад в излучение далеких галактик, где идет образование углерода.