Астрономы разгадали парадокс красных гигантов
Четыре года назад было обнаружено, что несколько красных гигантских звезд представляют собой парадокс: не смотря на то, что они сформированы из очень старого звездного материала, их большие массы указывают на явно более молодой возраст. Ученые из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (Германия), Орхусского университета (Дания) и Государственного университета Огайо (США) смогли, наконец, разрешить это очевидное противоречие.
Впервые они исследовали содержание углерода, азота и кислорода, закрученных из ядер этих звезд на их поверхности. Это позволяет косвенно взглянуть на процессы глубоко внутри. Исследователи пришли к выводу, что некоторые из исследованных красных гигантов должны были слиться с другими на продвинутой стадии звездной эволюции. В этих случаях масса не является подходящим критерием для определения возраста, и эти звезды действительно старые.
Звезда главной последовательности, красный гигант, белый карлик (в течение своей жизни, охватывающей миллионы или даже миллиарды лет, звезды проходят различные стадии звездной эволюции) все они сильно различаются по внешнему виду. При этом, однако, определить их возраст на первый взгляд достаточно сложно. Продолжительность каждой фазы слишком сильно отличается от звезды к звезде. Однако при более глубоком взгляде исследователи могут реконструировать историю жизни звезды. Сегодня различные методы позволяют надежно определить возраст звезды.
Но есть и хитрые случаи: четыре года назад две группы исследователей во главе с Институтом астрофизики им. Лейбница и Институтом астрономии Макса Планка обнаружили сбивающие с толку звезды красного гиганта. Результаты разных возрастных измерений разошлись на целых четыре миллиарда лет.
«Звезды казались старыми и молодыми одновременно», — сообщил доктор Саския Хеккер из MPS и Университета Орхуса в Дании, который в то время был причастен к обоим открытиям и в настоящее время является первым автором нового исследования. «Этот очевидный парадокс заинтриговал меня еще тогда».
Выяснилось, что строительный материал красных гигантов указывает на древний возраст более 10 миллиардов лет. Звезды содержат сравнительно мало железа, элемент, который в ходе эволюции галактики производился очень медленно. Поэтому старые звезды содержат мало железа по сравнению с другими веществами, такими как магний, кремний и кальций, в то время как молодые звезды содержат больше. Чтобы определить соотношения этих элементов, ученые разделили свет от соответствующей звезды на отдельные длины волн. В этом так называемом спектре каждый элемент, обнаруженный в звезде, оставляет характерный признак. Другой метод определения возраста рассматривает колебания звезды. С помощью методов астеросейсмологии можно затем определить массу звезды.
Поскольку внутри тяжелых звезд преобладают особенно высокие температуры, их топливо сгорает сравнительно быстро. Следовательно, продолжительность жизни тяжелых звезд намного меньше, чем у маломассивных. Рассматриваемые красные гиганты оказались настоящими тяжеловесами. Таким образом, метод астеросейсмики дает возраст менее 6 миллиардов лет.
Новое расследование теперь решает это противоречие. Ученые смогли показать, что некоторые звезды «оглядываются» на чрезвычайно насыщенное прошлое.
«Некоторые из этих таинственных звезд слились с другими во время или после их превращения в красных гигантов», — резюмирует результаты доктор Саския Хеккер. «Их большая масса не является первоначальной собственностью и поэтому не подходит для определения возраста. Звезды действительно старые».
Ключом к таким результатам было выявленное количество углерода, азота и кислорода на поверхности звезд. Эти элементы позволяют косвенно заглянуть внутрь звезды. Когда так называемые звезды главной последовательности, то есть те, которые находятся на той же стадии развития, что и Солнце, к концу своей жизни превращаются в красных гигантов, их внутренняя работа меняется: углерод, азот и кислород, которые образуются в ядре, может быть углублен до поверхности в огромных плазменных потоках, а затем может быть обнаружен. В зависимости от того, насколько горячи и, следовательно, массивны звезды, о которой идет речь, элементы могут быть найдены в разных соотношениях.
