Приблизительно 90 процентов всех светил заканчивают свою жизнь белыми карликами, очень плотными звездными остатками, которые постепенно охлаждаются и тускнеют в течение миллиардов лет. Однако в последние мгновения перед гибелью они оставляют важное наследие, распространяя свой пепел в окружающее пространство благодаря звездным ветрам, обогащенным химическими элементами, в том числе углеродом, вновь синтезированным в недрах звезды.
Каждый атом углерода во Вселенной был создан звездами в результате слияния трех ядер гелия. Но астрофизики до сих пор спорят о том, какие типы светил являются основным источником этого элемента в нашей Галактике: массивные звезды, в конце жизни вспыхивающие сверхновой, или маломассивные светила, которые теряют свои оболочки перед смертью и оставляют после себя белый карлик. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, в результате анализа белых карликов в рассеяных звездных скоплениях международная группа астрономов проливает свет на происхождение углерода в Млечном Пути.
«Мы измерили массы белых карликов и, используя теорию звездной эволюции, смогли определить массы их прародителей», – объяснил соавтор исследования Энрико Рамирес-Руис, профессор астрономии и астрофизики в Калифорнийском университете в Санта-Круз (США).
Белый карлик Sirius B в сравнении с Землей.Несмотря на то, что он сопоставим по размеру с нашей планетой, его масса составляет 98 процентов от массы Солнца.ESA and NASA
Прямая зависимость между начальной массой звезды и финальной массой белого карлика – фундаментальная диагностика в астрофизике, позволяющая отследить эволюцию светила от рождения до смерти. В целом, чем массивнее звезда, тем массивнее белый карлик, и эта тенденция поддерживается как наблюдениями, так и теоретическими моделями. Но анализ недавно обнаруженных белых карликов в старых скоплениях дал удивительный результат: их массы были заметно больше ожидаемых, что привело к «перегибу» в отношении начальной и конечной массы для звезд в определенном диапазоне.
«Наше исследование интерпретирует этот излом как признак синтеза углерода в Млечном Пути, производимого звездами с низкой массой», – сообщила ведущий автор работы Паола Мариго из Падуанского университета (Италия).
На последних этапах своей жизни звезды вдвое массивнее Солнца производят новые атомы углерода в горячих недрах, переносят их на поверхность и, наконец, распространяют в межзвездную среду при помощи слабых звездных ветров. Модель показывает, что потеря внешней «мантии», богатой углеродом, происходит достаточно медленно, чтобы центральные ядра этих звезд, будущие белые карлики, заметно выростали в массе.
Богатая палитра из более чем полумиллиона звезд в сердце Млечного пути.NASA, ESA, and Hubble Heritage Team (STScI/AURA, Acknowledgment: T. Do, A.Ghez (UCLA), V. Bajaj (STScI)
Анализируя соотношение масс вокруг перегиба, исследователи пришли к выводу, что звезды больше 2 солнечных масс способствовали галактическому обогащению углеродом, в то время как звезды менее 1,5 солнечной массы этого не делали. Другими словами, 1,5 солнечной массы – минимальный предел для звезды, способной распространить обогащенную углеродом пыль.
«Таким образом, открытие накладывает жесткие ограничения на то, как и когда звезды нашей Галактики производили углерод необходимый для жизни на Земле», – заключили исследователи.
Одним из наиболее интересных аспектов этого исследования является то, что оно влияет на оценку возраста известных белых карликов, которые являются важными космическими зондами в изучении истории формирования Млечного Пути. Отношение массы от начала до конца звездной эволюции также определяет нижний предел массы для взрывов сверхновых, наблюдаемых на больших расстояниях и действительно важных для понимания природы Вселенной.
