Двойные звёзды, рождённые из одного родительского облака коллапсирующего газа и пыли, не всегда являются идентичными близнецами. У них могут быть даже различные типы планетных систем, вращающихся вокруг каждой из звёзд пары. Но откуда берутся эти отличия? Похоже, астрономы наконец нашли ответ.

По оценкам учёных, около 85% звёзд существуют в составе двойных или кратных систем со звёздными компаньонами. Эти двойные звёзды рождаются из одного и того же газового облака, что предполагает схожий химический состав и, соответственно, формирование схожих планетных систем вокруг каждой из звезд пары.

Однако на практике это не всегда оказывается так. Используя мощный телескоп Gemini South, расположенный на севере Чили, группа учёных обнаружила, что различия между двойными звёздами возникают в результате неоднородностей в химических соединениях исходного молекулярного облака, из которого они сформировались. Это открытие помогло исследователям подтвердить гипотезу, что различия между звёздами-близнецами могут закладываться ещё до начала их формирования.

Иллюстрация двух звёзд, которые, несмотря на наличие одного и того же родительского газового облака, не идентичны. Источник: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva (Spaceengine) / M. Zamani

«Впервые продемонстрировав существование реальных различий, ответственных за несходства между звёздами-близнецами, мы показали, что процессы звездообразования и формирования планет могут быть более сложными, чем считалось ранее. Вселенная благоволит разнообразию», — отметил Карлос Саффе, руководитель исследовательской группы из Института астрономических исследований.

До этого исследования у учёных было три возможных объяснения того, почему звёзды, рождённые из одного облака, могут различаться по составу. Две из этих гипотез предполагали, что изменения в звёздах происходили уже после их формирования.

Одна из идей заключалась в том, что движение атомов в недрах двойных звёзд может привести к процессу, называемому «атомной диффузией». Этот процесс регулируется температурой звезды и её гравитацией и приводит к оседанию атомов в слоях звезды. Для звёзд в двойных системах с разными массами и температурами это могло бы объяснить наблюдаемые различия в химическом составе.

Согласно альтернативной гипотезе, одна из звёзд в двойной системе могла поглотить одну из вращавшихся вокруг неё каменистых планет, усвоив тем самым некоторые химические элементы этой планеты и изменив свой состав.

Однако существовала и третья гипотеза: различия в составе звёзд могли возникнуть из-за химической неоднородности в молекулярном облаке, которое породило двойную звёздную систему.

Учёные обнаружили, что все эти объяснения являются правдоподобными. Их исследования были сфокусированы на звёздах в период их жизни на главной последовательности — этап, на котором такие звезды, как Солнце, преобразуют водород в гелий в своих ядрах и который составляет большую часть жизненного цикла звезды.

Чтобы оценить достоверность различных гипотез, объясняющих различия в составе звёзд, Саффе и его коллеги использовали высокоразрешающий оптический спектрограф GHOST, установленный на телескопе Gemini South. С его помощью они изучили спектральные характеристики двойной системы HD 138202 + CD-30 12303, расположенной примерно в 1720 световых годах от Земли.

«Высококачественные спектры, полученные с помощью GHOST, обеспечивают беспрецедентное разрешение, позволяющее нам измерять звёздные параметры и химический состав с максимально возможной точностью», — отметил Саффе.

Газовые облака, подобные этим, в области звездообразования Westerhout 40, могут иметь химические вариации, которые порождают двойные звезды с разными характеристиками. Источник: ESA / SPIRE / PACS / P. André (CEA Saclay)

Анализ показал, что звёзды HD 138202 и CD-30 12303 обладают глубокими и турбулентными внешними слоями, называемыми «конвективными зонами». Этот факт позволил исключить две из предложенных ранее теорий формирования различий. Дело в том, что постоянное перемешивание в конвективных зонах препятствует оседанию материала за счёт атомной диффузии. Кроме того, наличие толстых внешних слоёв означает, что поглощение планеты едва ли могло серьёзно повлиять на состав звезды, поскольку поглощённый материал быстро разбавился бы.

Таким образом, остается наиболее правдоподобной гипотеза о первичных химических различиях в родительском молекулярном облаке.

«Это первый случай, когда астрономам удалось подтвердить, что различия между двойными звездами закладываются на самых ранних стадиях их формирования», — подчеркнул Саффе.

Помимо раскрытия секретов эволюции двойных звёзд, исследование команды также проливает свет на причины формирования разнообразных планетных систем вокруг них, где разные звёзды по-разному влияют на эволюцию планет.

«Различия в планетных системах могут означать очень разные типы планет — скалистые, ледяные гиганты и газовые гиганты, вращающиеся на разных орбитах вокруг своих звёзд. И потенциал для зарождения жизни на них может быть совершенно различным», — пояснил Саффе.

Кроме того, продемонстрировав возможность формирования звёзд с разным химическим составом из одного газового облака, результаты исследования могут побудить астрономов пересмотреть методы определения происхождения звёзд по их химическому составу.

Учёным, возможно, также придётся переосмыслить понимание звёзд, которые ранее подозревались в поглощении планет. Ведь эти следы могут оказаться просто результатом особенностей рождения звезды, а не разрушительного столкновения с планетой.

Подробнее на iXBT