Astronomia Ciekawostki

Gwiazdy

Następnym razem, gdy będziesz dziękować swoim szczęśliwym gwiazdom, może zechcesz pobłogosławić gwiazdy podwójne. Nowe obliczenia wskazują, że masywna gwiazda, której zewnętrzna warstwa zostaje zdarta przez gwiazdę towarzyszącą, kończy się zrzuceniem o wiele więcej węgla, niż gdyby gwiazda urodziła się samotnie.

„Ta gwiazda produkuje około dwa razy więcej węgla niż pojedyncza gwiazda” – mówi Rob Farmer, astrofizyk z Max Planck Institute for Astrophysics w Garching w Niemczech.

Całe życie na Ziemi opiera się na węglu, czwartym najobficiej występującym pierwiastku w kosmosie, po wodorze, helu i tlenie. Jak prawie każdy pierwiastek chemiczny cięższy od helu, węgiel powstaje w gwiazdach (SN: 2/12/21). Dla wielu pierwiastków astronomowie byli w stanie określić ich główne źródło. Na przykład tlen pochodzi prawie w całości z masywnych gwiazd, z których większość wybucha, podczas gdy azot powstaje głównie w gwiazdach o niższej masie, które nie wybuchają. Z kolei węgiel powstaje zarówno w gwiazdach masywnych, jak i tych o niższej masie. Astronomowie chcieliby wiedzieć dokładnie, które typy gwiazd wykuwają lwią część tego ważnego pierwiastka.

Farmer i jego współpracownicy przyjrzeli się szczególnie masywnym gwiazdom, które są co najmniej osiem razy cięższe od Słońca i obliczyli, jak zachowują się one z partnerami i bez nich. Reakcje jądrowe w jądrze masywnej gwiazdy najpierw zmieniają wodór w hel. Kiedy w jądrze zabraknie wodoru, gwiazda rozszerza się i wkrótce zaczyna przekształcać hel w węgiel.

Ale masywne gwiazdy zazwyczaj mają gwiazdy towarzyszące, co dodaje zwrot do fabuły: Kiedy gwiazda rozszerza się, grawitacja towarzysza może oderwać zewnętrzną otoczkę większej gwiazdy, odsłaniając helowe jądro. To pozwala świeżo wybijanemu węglowi na strumień w przestrzeń poprzez przepływ cząsteczek.

„W tych bardzo masywnych gwiazdach wiatry te są dość silne” – mówi Farmer. Na przykład, obliczenia jego zespołu wskazują, że wiatr gwiazdy urodzonej 40 razy masywniejszej od Słońca z bliskim towarzyszem wyrzuca 1,1 masy słonecznej węgla przed śmiercią. Dla porównania, pojedyncza gwiazda urodzona z taką samą masą wyrzuca zaledwie 0,2 masy słonecznej węgla, donoszą naukowcy w pracy złożonej na arXiv.org 8 października i opublikowanej w Astrophysical Journal.

Jeśli masywna gwiazda następnie eksploduje, to również może przewyższyć supernowe z pojedynczej masywnej gwiazdy. Dzieje się tak dlatego, że gdy gwiazda towarzysząca usuwa otoczkę gwiazdy masywnej, jądro helowe kurczy się. Skurczenie to pozostawia część węgla poza jądrem. W rezultacie reakcje jądrowe nie mogą przekształcić węgla w cięższe pierwiastki, takie jak tlen, pozostawiając więcej węgla do wyrzucenia w przestrzeń w wyniku eksplozji. Gdyby gwiazda była pojedyncza, jądro zniszczyłoby wiele z tego węgla.

Analizując wyniki badań masywnych gwiazd o różnych masach, zespół Farmera doszedł do wniosku, że przeciętna masywna gwiazda w układzie podwójnym wyrzuca od 1,4 do 2,6 razy więcej węgla poprzez wiatry i wybuchy supernowych niż przeciętna masywna gwiazda w układzie pojedynczym.

Biorąc pod uwagę jak wiele masywnych gwiazd znajduje się w układach podwójnych, astronom Stan Woosley mówi, że podkreślanie ewolucji gwiazd podwójnych, tak jak zrobili to badacze, jest pomocne w ustaleniu pochodzenia kluczowego pierwiastka. Ale „myślę, że wysuwają zbyt mocne roszczenia w oparciu o modele, które mogą być wrażliwe na niepewną fizykę”, mówi Woosley z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. W szczególności, mówi on, że współczynniki utraty masy dla masywnych gwiazd nie są znane na tyle dobrze, by stwierdzić istnienie specyficznej różnicy w produkcji węgla pomiędzy gwiazdami pojedynczymi i podwójnymi.