Звезды из двойных систем оказались химически похожи

80 процентов звезд в широких двойных системах оказались очень похожи в химическом смысле, причем как по общей металличности, так и по множеству отдельных элементов. Полученные результаты доказывают возможность изучения прошлого Млечного Пути по подобным объектам, пишут авторы в препринте на arXiv.org.

Основными компонентами нашей Галактики являются звезды и газ, которые формируют несколько структур, такие как толстый диск, тонкий диск, гало, балдж и некоторые другие. Эти структуры не статичны, а находятся в динамике и претерпевают эволюцию. Исследованием их взаимодействия и развития занимается раздел астрономии под названием галактическая археология, которая позволяет восстановить изменение Млечного Пути с течением времени.

Многие развитые в рамках галактической археологии подходы опираются на точные определения параметров отдельных звезд, то есть их координат, скоростей движения, возрастов, масс и других. В частности, астрономы используют метод химической маркировки звезд, то есть сравнения наблюдаемых концентраций тяжелых элементов в атмосферах светил с модельными распределениями, которые показывают распространение продуктов термоядерного синтеза со временем.

Метод химической маркировки опирается на ряд предположений, причем одно из ключевых, которое заключается в химической однородности родившихся вместе звезд, на данный момент проверено с недостаточно точностью. Если оно все же окажется верным, то таким способом можно будет, например, определять существовавшие в прошлом скопления звезд, разрушившиеся к сегодняшнему дню.

Американские астрономы под руководством Кита Хоукинса (Keith Hawkins) решили экспериментально проверить основу метода химической маркировки. Авторы сконцентрировались на проверке двух принципов: рожденные вместе звезды должны быть похожи по составу и появившиеся в одном месте светила должны отличаться от сформировавшихся в других частях галактики.

В качестве исходных данных ученые взяли информацию о 25 широких двойных, расстояния до которых известны с высокой точностью благодаря космическому телескопу Gaia. Химический состав светил был выявлен во время детальных наблюдений на 2,7-метровом телескопе обсерватории Мак-Доналд. Выбор широких двойных систем, то есть звезд, которые родились из одного газопылевого облака, но находятся на долгопериодических орбитах, обусловлен тем, что они не взаимодействовали в течение жизни, благодаря чему их состав не претерпевал существенных изменений из-за внешних факторов.

Исследователи анализировали как общую металличность звезд (концентрацию всех элементов тяжелее гелия по отношению к водороду в фотосфере), так и обилие 23 отдельных элементов из четырех групп: легкие металлы и элементы с нечетным номером (литий, углерод, натрий, алюминий, скандий, ванадий, медь), альфа-элементы (магний, кремний, кальций), элементы железного пика (титан, хром, марганец, железо, кобальт, никель, цинк) и элементы, формирующиеся в результате нейтронного захвата (стронций, иттрий, цирконий, барий, лантан, неодим, европий).

Оказалось, что 20 из 25 изученных двойных по металличности отличаются не более чем на пять процентов, а другие отличаются примерно на 25 процентов. Изобилия отдельных элементов внутри любой двойной не превышали 20 процентов. Для определения химического отличия звезд двойной от других светил, астрономы сравнивали разницу в концентрациях элементов между случайными объектами выборки. Степень химического родства между компонентами одной системы оказалась намного ближе, чем между звездами из разных двойных.

В будущем астрономы планируют расширить выборку, чтобы детальнее исследовать 20 процентов непохожих двойных. Однако они заключают, что их результаты в целом свидетельствуют в пользу обоснованности метода химической маркировки.