Астрофизики раскрыли «химический парадокс» двойной звезды: возможный след поглощённых планет

Астрономы приблизились к объяснению одной из любопытных загадок современной астрофизики — резкого химического несоответствия между двумя звёздами, которые, согласно классической теории, должны быть почти идентичными по составу. Речь идёт о системе HD 81809 — паре солнцеподобных звёзд, находящихся примерно в 112 световых годах от Земли.

Звёзды-близнецы, которые оказались «непохожими»

Двойные звёздные системы считаются одним из самых надёжных природных «контрольных экспериментов» в астрономии. Оба компонента формируются из одного и того же газопылевого облака, а значит, их возраст и химический состав должны совпадать с высокой точностью.

Однако наблюдения системы HD 81809 показали обратное. Одна из звёзд — HD 81809A — содержит заметно меньше тяжёлых элементов, тогда как её спутник HD 81809B демонстрирует почти солнечную металличность. Разница в содержании железа достигает примерно 0,57 dex — величины, которую невозможно объяснить стандартными моделями звёздной эволюции.

Эта аномалия и получила условное название «химического парадокса».

Гипотеза: звезда «съела» свои планеты

Чтобы разобраться в природе различий, международная группа исследователей провела серию численных экспериментов с использованием программы MESA, моделирующей внутреннее строение и эволюцию звёзд.

Одним из авторов работы стал Nuno Moedas, совместно с коллегой Марией Пиа Ди Мауро из Итальянского национального института астрофизики.

Учёные проверили несколько сценариев: от медленного накопления вещества на протяжении миллиардов лет до относительно быстрого «падения» крупного планетного тела на поверхность звезды. Наиболее убедительным оказался второй вариант.

Модели показали, что для достижения наблюдаемого уровня металличности звезда должна была поглотить от 25 до 75 масс Земли в виде тяжёлых элементов. Это сопоставимо с суммарной массой ядер нескольких гигантских планет или множества крупных суперземель.

Когда планеты становятся «топливом» для звезды

С точки зрения физики процесс выглядит следующим образом: при падении планетарного тела на звезду его вещество не просто «растворяется» в поверхностных слоях, но изменяет их структуру. Повышается непрозрачность вещества, меняется перенос энергии, и звезда может становиться немного холоднее и стабильнее в наблюдаемых параметрах.

Таким образом, поглощение планет не только объясняет химический состав, но и помогает лучше согласовать теоретические модели с реальными наблюдениями.

Проблема лития: несостыковка в модели

Однако у сценария «звезда-пожиратель планет» есть серьёзное затруднение. Вместе с железом и другими тяжёлыми элементами аккреция планетного вещества должна была привести к заметному увеличению содержания лития — элемента, который быстро разрушается в недрах звёзд и поэтому служит индикатором недавнего «планетного питания».

Но наблюдения показывают, что уровень лития в HD 81809B не соответствует ожидаемому. Если верить данным, он согласуется с поглощением менее шести масс Земли, тогда как для объяснения избытка железа требуется значительно больше вещества.

Учёные предполагают несколько возможных объяснений:

• поглощённые планеты могли иметь необычный химический состав, отличающийся от земного;
• литий мог быть разрушен или перераспределён внутри звезды быстрее, чем ожидалось;
• либо текущие измерения его содержания пока недостаточно точны.

Альтернативы оказались менее убедительными

Исследователи также рассматривали сценарий, при котором одна из звёзд могла сформироваться в другой части Галактики и позже быть захваченной системой. Однако такие модели приводят к возрастам, несовместимым с возрастом Вселенной, и плохо согласуются с наблюдательными данными.

Поэтому версия о поглощении планет остаётся наиболее реалистичной.

Звезда как лаборатория планетной археологии

Если интерпретация учёных верна, система HD 81809 становится редким примером «звёздной археологии», где по химическому составу можно восстановить историю исчезнувших планет.

Такие системы позволяют изучать не только эволюцию звёзд, но и судьбу планетных систем, включая возможные сценарии гибели планет — от гравитационной нестабильности до постепенного падения на родительскую звезду.

Что дальше

Проверка гипотезы потребует более точных спектроскопических наблюдений и уточнения содержания лёгких элементов, прежде всего лития. Также важную роль могут сыграть будущие миссии и высокоточные телескопы, способные детально исследовать химический состав звёздных атмосфер.

Если выводы подтвердятся, это станет одним из наиболее убедительных свидетельств того, что звёзды действительно способны менять свой химический состав уже после формирования — не только под влиянием внутренних процессов, но и благодаря «каннибализму» собственных планет.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что космические паруса могут изменить будущее межзвездных полетов