Белые карлики раскрывают новое понимание происхождения углерода во вселенной

Новый анализ звезд белых карликов подтверждает их роль в качестве ключевого источника углерода, элемента, жизненно важного для всей жизни, в Млечном Пути и других галактиках.

Приблизительно 90 процентов всех звезд заканчивают свою жизнь белыми карликами, очень плотными звездными остатками, которые постепенно охлаждаются и тускнеют в течение миллиардов лет. Однако, сделав последние несколько вдохов, прежде чем они рухнут, эти звезды оставляют важное наследие, распространяя свой пепел в окружающее пространство благодаря звездным ветрам, обогащенным химическими элементами, включая углерод, вновь синтезированными в глубоком интерьере звезды во время последних стадий перед ее смертью ,

Каждый атом углерода во вселенной был создан звездами в результате слияния трех ядер гелия. Но астрофизики до сих пор спорят о том, какие типы звезд являются основным источником углерода в нашей собственной галактике, Млечном Пути. Некоторые исследования отдают предпочтение маломассивным звездам, которые сдувают свои оболочки в звездных ветрах и становятся белыми карликами, в то время как другие предпочитают массивные звезды, которые в конечном итоге взорвались как сверхновые.

В новом исследовании, опубликованном 6 июля в журнале «Астрономия природы» , международная команда астрономов обнаружила и проанализировала белых карликов в открытых звездных скоплениях в Млечном Пути, и их результаты помогают пролить свет на происхождение углерода в нашей галактике. Открытые звездные скопления — это группы из нескольких тысяч звезд, образованные из одного гигантского молекулярного облака примерно одинакового возраста и объединенные взаимным гравитационным притяжением. Исследование было основано на астрономических наблюдениях, проведенных в 2018 году в обсерватории WM Keck на Гавайях и проведенных соавтором Энрико Рамирес-Руисом, профессором астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете в Санта-Круз.

«Из анализа наблюдаемых спектров Кека стало возможным измерить массы белых карликов. Используя теорию эволюции звезд, мы смогли проследить до звезд-прародителей и получить их массы при рождении», Рамирес-Руис объяснил.

Связь между начальными массами звезд и их конечными массами в виде белых карликов известна как начально-конечная массовая зависимость, фундаментальная диагностика в астрофизике, которая объединяет информацию из всех жизненных циклов звезд, связывая рождение со смертью. В целом, чем массивнее звезда при рождении, тем массивнее белый карлик, оставшийся после своей смерти, и эта тенденция поддерживается как наблюдательными, так и теоретическими соображениями.

Но анализ недавно обнаруженных белых карликов в старых открытых скоплениях дал удивительный результат: массы этих белых карликов были заметно больше, чем ожидалось, что привело к «изгибу» в отношении начально-конечной массы для звезд с начальными массами 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», — сказал ведущий автор Паола Мариго из Университета Падуи в Италии.

На последних этапах своей жизни звезды, вдвое массивные, чем наше Солнце, производили новые атомы углерода в своих горячих интерьерах, переносили их на поверхность и, наконец, распространяли в межзвездную среду при помощи слабых звездных ветров. Подробные звездные модели команды показывают, что удаление внешней мантии, богатой углеродом, происходило достаточно медленно, чтобы позволить центральным ядрам этих звезд, будущим белым карликам, заметно увеличиться в массе.

Анализируя начально-конечное соотношение масс вокруг перегиба, исследователи пришли к выводу, что звезды больше 2 солнечных масс также способствовали галактическому обогащению углерода, в то время как звезды менее 1,5 солнечных масс этого не сделали. Другими словами, 1,5 солнечные массы представляют минимальную массу для звезды, чтобы распространить обогащенный углеродом пепел после ее смерти.

Эти находки накладывают жесткие ограничения на то, как и когда звезды нашей галактики производили углерод, элемент, необходимый для жизни на Земле, и в конечном итоге оказались в ловушке в сырье, из которого Солнце и его планетная система образовались 4,6 миллиарда лет назад. ,

«Теперь мы знаем, что углерод произошел от звезд с массой рождения не менее примерно 1,5 солнечных масс», — сказал Мариго.

Соавтор Пир-Эммануэль Тремблей из Университета Уорика сказал: «Один из самых захватывающих аспектов этого исследования заключается в том, что оно влияет на возраст известных белых карликов, которые являются важными космическими зондами для понимания истории формирования Млечного пути. — окончательное отношение массы также определяет нижний предел массы для сверхновых, гигантских взрывов, наблюдаемых на больших расстояниях, и которые действительно важны для понимания природы Вселенной ».

Объединив теории космологии и звездной эволюции, исследователи пришли к выводу, что яркие богатые углеродом звезды, близкие к своей смерти, очень похожие на прародителей белых карликов, проанализированных в этом исследовании, в настоящее время вносят вклад в огромное количество света, излучаемого очень далекие галактики. Этот свет, несущий подпись недавно произведенного углерода, обычно собирается большими телескопами, чтобы исследовать эволюцию космических структур. Надежная интерпретация этого света зависит от понимания синтеза углерода в звездах.

В дополнение к Marigo, Tremblay и Ramirez-Ruiz, соавторами статьи являются ученые из Университета Джона Хопкинса, Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, Колумбийского университета, Института космического телескопа, Университета Уорика, Университета Монреаля, Университета Упсала, Международная школа перспективных исследований в Триесте, Итальянский национальный институт астрофизики и Женевский университет. Это исследование было поддержано Европейским Союзом через грант консолидатора ERC и DNRF через профессора Нильса Бора.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом — Санта-Круз . Оригинал написан Тимом Стивенсом. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Паола Мариго, Джеффри Д. Каммингс, Джейсон Ли Кертис, Джейсон Калирай, Ян Чен, Пьер-Эммануэль Трембле, Энрико Рамирес-Руис, Пьер Бержерон, Сара Бладх, Алессандро Брессан, Лео Жирарди, Джада Пасторелли, Мишель Трабакки, Сихао Ченг Арингер, Пьеро Даль Тио. Образование углеродной звезды, как видно из немонотонного отношения начальной и конечной массы . Астрономия Природы , 2020; DOI: 10.1038 / s41550-020-1132-1