Звёздный труп раскрывает тайну происхождения звёздной пыли
Всё вокруг нас состоит из звёздной пыли — элементов, созданных в недрах звёзд, погибших до рождения Солнца. Исследуя окрестности загадочного звёздного остатка, учёные из Университета Аризоны сделали открытие, которое может решить давнюю загадку: откуда берётся эта пыль?
Когда звёзды умирают, они обогащают космос элементами, которые позже формируют новые звёзды, планеты и астероиды. Однако метеориты содержат следы особого типа звёздной пыли, которую до сих пор считали продуктом лишь чрезвычайно редких и катастрофических событий — новых или сверхновых звёзд. Этого недостаточно, чтобы объяснить её обилие в метеоритах.
Используя радиотелескопы в Аризоне и Испании, исследователи наблюдали газовые облака в молодой планетарной туманности K4-47, находящейся в ~15 000 световых лет от Земли. Это остаток звезды, похожей на Солнце, которая сбросила часть материала перед тем, как стать белым карликом.
К удивлению учёных, элементы в туманности — углерод, азот и кислород — оказались сильно обогащены тяжёлыми изотопами: 13C, 15N и 17O. Их содержание соответствовало найденному в частицах метеоритов, но редко встречается в Солнечной системе. Эти изотопы отличаются от обычных наличием лишнего нейтрона в ядре.
Для синтеза таких изотопов требуются экстремальные температуры выше 200 миллионов градусов по Фаренгейту, поэтому считалось, что они образуются только в новых и сверхновых.
«Модели, учитывающие только новые и сверхновые, никогда не могли объяснить количество 15N и 17O в метеоритных образцах, — говорит ведущий автор Люси Циурис. — Тот факт, что мы находим эти изотопы в K4-47, говорит, что для их образования не нужны экзотические звёзды. Обычные звёзды тоже способны их производить».
Команда предполагает, что тяжёлые изотопы могут создаваться в ходе гелиевой вспышки — процесса, когда звезда размером с Солнце в конце жизни становится нестабильной, и сверхгорячий гелий из ядра прорывается через водородную оболочку.
«Этот процесс, при котором материал должен быть быстро выброшен и охлаждён, производит 13C, 15N и 17O, — объясняет Циурис. — Гелиевая вспышка не разрывает звезду, как сверхновая. Это скорее звёздное извержение».
Открытие стало возможным благодаря сотрудничеству астрономии и космохимии. Телескопы позволили наблюдать вращательные спектры молекул в туманности K4-47, раскрывающие их массу и состав.
«Когда мы с Люси начали этот проект, мы поняли, что можем согласовать находки в метеоритах с наблюдениями в космосе», — говорит соавтор Том Зега.
Исследователи с нетерпением ждут результатов миссии NASA OSIRIS-REx под руководством Университета Аризоны, которая недавно достигла астероида Бенну для забора образца в 2020 году.
«Зёрна в метеоритах можно считать звёздным пеплом от звёзд, давно умерших к моменту формирования Солнечной системы, — говорит Зега. — Мы ожидаем найти такие пресолярные зёрна на Бенну. Это часть истории астероида, и наше исследование поможет определить происхождение его материала».
«Теперь мы можем проследить, откуда взялся этот пепел, — добавляет Циурис. — Это как археология звёздной пыли».
«Изучение взрывного горения гелия внутри звёзд откроет новую главу в истории происхождения химических элементов», — говорит соавтор Невилл Вулф.
Первым автором статьи является докторант Стьюардской обсерватории Дебора Шмидт. Исследование опубликовано в выпуске журнала Nature от 20 декабря.