Углерод является важным элементом в биохимии живых существ. Поэтому на Земле это основная составляющая жизни. Однако его происхождение до сих пор обсуждается в научном сообществе, позиционируя себя вокруг двух основных гипотез. Недавно группа астрофизиков показала, анализируя белых карликов нескольких звездных скоплений, что углерод был рассеян в галактике движением звездных ветров при гибели массивных звезд.
Результаты исследования, опубликованного сегодня в журнале Nature Astronomy, показывают, что последняя стадия этих умирающих звезд, называемых белыми карликами, проливает свет на происхождение углерода в Млечном Пути. «Результаты накладывают новые строгие ограничения на то, как и когда углерод был произведен звездами в нашей галактике, в конечном итоге превратившись в сырье, из которого образовались Солнце и его планетная система 4,6 года назад, миллиарды лет», - говорит Джеффри Каммингс, факультет физики и астрономии Университета Джона Хопкинса.
Масса белых карликов: ключ к разгадке происхождения углерода
Происхождение углерода, необходимого элемента для жизни на Земле, до сих пор обсуждается среди астрофизиков: одни отдают предпочтение звездам с малой массой, которые взорвали свои богатые углеродом оболочки и стали белыми карликами, а другие относят основное место синтеза углерода в ветрах массивных звезд, которые в конечном итоге взорвались и превратились в сверхновые.
Используя данные обсерватории Кека у вершины вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, собранные в период с августа по сентябрь 2018 года, исследователи проанализировали белые карлики, принадлежащие к рассеянным звездным скоплениям Млечного Пути. Рассеянные звездные скопления представляют собой группы из нескольких тысяч звезд, удерживаемых вместе за счет взаимного гравитационного притяжения. На основе этого анализа исследовательская группа измерила массы белых карликов и, используя теорию звездной эволюции, рассчитала их массы при рождении.
Связь между начальной и конечной массами называется отношением начальной и конечной масс, фундаментальным диагнозом в астрофизике, который содержит все жизненные циклы звезд. Предыдущие исследования постоянно обнаруживали возрастающую линейную зависимость: чем массивнее звезда при рождении, тем более массивным оставался белый карлик, когда умирал.
По теме: Открытие нового типа звездного взрыва
Углерод, рассеянный звездным ветром массивных звезд
Но когда Каммингс и его коллеги рассчитали отношение начальных и конечных масс, они были потрясены, обнаружив, что белые карлики в этой группе рассеянных скоплений имеют большие массы, чем ожидали астрофизики. Это открытие нарушило линейную тенденцию, которую всегда обнаруживали другие исследования. Другими словами, звезды, родившиеся около 1 миллиарда лет назад в Млечном Пути, не произвели белых карликов с массой около 0,60-0,65 солнечной массы, как это принято считать, а умерли, оставив более массивные останки массой примерно от 0,7 до 0,75 солнечной массы.
Исследователи говорят, что этот изгиб в тренде объясняет, как углерод маломассивных звезд попал в Млечный Путь. На более поздних стадиях своей жизни звезды вдвое массивнее Солнца производили новые атомы углерода и переносили их в ближайшее межзвездное пространство легкими звездными ветрами.
Звездные модели исследовательской группы показывают, что удаление богатой углеродом внешней мантии происходило достаточно медленно, чтобы позволить центральным ядрам этих звезд, будущих белых карликов, значительно увеличиться в массе. Команда подсчитала, что звезды должны иметь массу не менее 1,5 солнечной, чтобы избавиться от этого богатого углеродом пепла, когда они умирают.