Обяснено: Как звездите са осигурили въглерода, който прави живота възможен - Ноември 2022

Когато звезда умре, тя освобождава различни елементи, включително въглерод в околността. Ново проучване върху белите джуджета поставя ограничения за размера на звездите, обогатили Млечния път с въглерод

Новото изследване анализира белите джуджета в този звезден куп. Наречен NGC 7789, той е на около 8000 светлинни години от нас. Нарича се още розата на Каролайн, на името на астронома Каролайн Лукреция Хершел, която я открива в края на 18 век. (Кредит: Guillaume Seigneuret чрез НАСА)

Въглеродът е от съществено значение за живота: Той е простият градивен елемент на всички сложни органични молекули, от които се нуждаят организмите. Известно е, че целият въглерод в Млечния път идва от умиращи звезди, които изхвърлят елемента в заобикалящата ги среда. Това, което остава дискутирано обаче, е какъв вид звезди са направили основния принос.





Сега едно проучване предостави нови прозрения за произхода на въглерода в нашата галактика. Публикувано в „Nature Astronomy“ от международен екип от изследователи, изследването е анализ на бели джуджета — плътните остатъци от звезда след нейната смърт.

Как въглеродът идва от звездите?





Повечето звезди - с изключение на най-масивните - са обречени да се превърнат в бели джуджета. Когато масивните умират, те преминават с грандиозен взрив, известен като свръхновата. Както звездите с ниска маса, така и масивните изхвърлят пепелта си в околността, преди да сложат край на живота си. И тази пепел съдържа много различни химични елементи, включително въглерод.

Както в звездите с ниска маса, така и в масивните звезди въглеродът се синтезира в техните дълбоки и горещи вътрешности чрез тройната алфа реакция, която е сливането на три хелиеви ядра, водещият автор на изследването, Паола Мариго от университета в Падуа в Италия, казал този уебсайт , чрез имейл.



При звездите с ниска маса новосинтезираният въглерод се транспортира до повърхността [от вътрешността] чрез гигантски мехурчета газ и оттам се инжектира в космоса чрез звездни ветрове. Масивните звезди обогатяват междузвездната среда с въглерод най-вече преди експлозията на свръхнова, когато изпитват и мощни звездни ветрове, каза тя.

Това, което астрофизиците спорят, е дали въглеродът в Млечния път произхожда от звезди с ниска маса, преди да станат бели джуджета, или от ветровете на масивни звезди, преди да избухнат като свръхнови. Новото изследване предполага, че белите джуджета могат да хвърлят повече светлина върху произхода на въглерода в Млечния път.



И така, какво установи проучването?

Между август и септември 2018 г. в обсерваторията Кек на Хаваите изследователите анализираха няколко бели джуджета, принадлежащи към отворени звездни купове на Млечния път. Те измерват масите на белите джуджета, извеждат масите им при раждането и оттам изчисляват първоначално-крайната масова връзка - ключова астрофизична мярка, която интегрира информация за целия жизнен цикъл на звездите.



Те открили, че връзката е преодоляла тенденция - че колкото по-масивна е звездата при раждането, толкова по-масивно е бялото джудже, което е останало при смъртта си. ... Бяхме поразени от неочакван и по известен начин странен резултат: масите на тези бели джуджета бяха значително по-големи от това, което досега смятаха астрофизиците. Още по-изненадващо, ние разбрахме, че тяхното включване наруши линейния растеж, въвеждайки нещо като малка вълна във връзката, малко извиване, достигащо връх при първоначалните маси около 2 слънчеви маси, пише Мариго за „Nature“ в статия за изследователската статия.

Досега се смяташе, че звездите, родени преди около 1,5 милиарда години в нашата галактика, са произвели бели джуджета с около 60-65% от масата на нашето Слънце. Вместо това е установено, че те са умрели, оставяйки след себе си по-масивни компактни останки, около 70-75% слънчеви маси.



Express Explained вече е в Telegram. Щракнете върху тук, за да се присъедините към нашия канал (@ieexplained) и бъдете в течение с най-новото

Какво обяснява това?



В своята интерпретация Мариго и колегите му поставят строги ограничения за това как и кога въглеродът е бил произведен от звездите на нашата галактика и в крайна сметка е бил хванат в капан в суровия материал, от който са се образували Слънцето и неговата планетарна система преди 4,6 милиарда години.

В последните фази от живота си звезди с около 2 слънчеви маси произвеждат нови въглеродни атоми в горещите си вътрешности, пренасят ги на повърхността и накрая ги разпространяват в междузвездната среда чрез леки звездни ветрове. Нашите подробни звездни модели показват, че отделянето на богатата на въглерод външна мантия е станало достатъчно бавно, за да позволи на централните ядра на тези звезди, бъдещите бели джуджета, да нараснат значително по маса, пише Мариго.

От анализ на първоначалната и крайната масова връзка около малкото извиване, изследователите направиха своите заключения относно диапазона на размерите на звездите, които са допринесли за въглерод в Млечния път. Звездите, по-масивни от 2 слънчеви маси, също допринесоха за галактическото обогатяване на въглерод. Звездите по-малко масивни от 1,65 слънчеви маси не. С други думи 1,65-Msun [1,65 пъти масата на Слънцето] представлява минималната маса за звезда да разпръсне богатата на въглерод пепел при смъртта, пише Мариго.

Как това се сравнява със съществуващите теории за обогатяване с въглерод?

Всъщност нашето проучване не е в полза на нито един от двата сценария, каза Мариго пред The ​​Indian Express. И двата източника (звезди с ниска маса и масивни звезди) вероятно са допринесли в различни пропорции (все още не е сигурно). Определянето на минималната първоначална маса за производството на въглерод в звезди с ниска маса е ценен резултат, тъй като помага за сглобяването на парчетата от пъзела, каза тя.