Zdjęcie w tle: NASA/ESA/G. Bacon

Powszechnie uważa się, że gwiazdy w układach podwójnych powstają z tego samego materiału i powinny mieć podobny skład chemiczny. Jednak udało nam się zaobserwować układy, złożone z dwóch gwiazd o tym samym typie widmowym co Słońce, które odstają od tej reguły. Istnieją dwa możliwe rozwiązania tego problemu, jednak ostatnie badania wskazują na statystyczną wyższość jednego z nich.

Uważa się, że gwiazdy tworzące układy podwójne powstają z tego samego obłoku molekularnego. Różnice w ich składzie chemicznym można wytłumaczyć niejednorodnością protogwiazdy, z której powstały. To jednak zaburzałoby mocno podstawy astrofizyki. Różnice w składzie takich gwiazd mogły powstać także w trakcie ich ewolucji. Przyczyną może być np. pochłonięcie planety przez jedną z gwiazd układu. Drugi scenariusz rzuca nowe światło na ewolucję układów planetarnych wokół gwiazd podobnych do Słońca.

Wizja artystyczna układu planetarnego.

Układy planetarne powstające wokół gwiazd podwójnych ewoluują bardziej dynamicznie i chaotycznie niż układy powstałe wokół gwiazd pojedynczych, takie jak nasz Układ Słoneczny. W takich układach orbity planet mogą być silnie destabilizowane i jest spore prawdopodobieństwo zderzenia planety z jej gwiazdą macierzystą. W takim wypadku materiał, z którego zbudowana była planeta (w tym żelazo), staje się częścią gwiazdy. Zatem zawartość metali ciężkich w tej gwieździe jest większa niż w jej siostry.

Grupa naukowców z INAF – Obserwatorium Astronomicznego w Padovie pod kierownictwem Lorenzo Spina przeprowadziła badanie statystyczne dla 107 układów podwójnych, spośród których w 33 znaleziono znaczące różnice w odsetku żelaza w składzie chemicznym obu gwiazd. Porównano temperatury badanych układów podwójnych, wyróżniając te, które się różniły.

Na poniższym wykresie widać, że układy o wyższej temperaturze efektywnej częściej wykazują odmienność składu chemicznego. Autorzy zwracają uwagę, że należy się tego spodziewać, ponieważ chłodniejsze gwiazdy mają grubsze strefy konwekcyjne, które są w stanie skuteczniej rozrzedzać zasymilowany materiał niż cieńsze strefy konwekcyjne gorętszych gwiazd. Dlatego łatwiej jest wykryć pochłonięcie planety, a więc różnicę zawartości metali ciężkich obu gwiazd gorących.

Lorenzo Spina, Parth Sharma, Jorge Meléndez, Megan Bedell, Andrew R. Casey, Marı́lia Carlos, Elena Franciosini and Antonella Vallenari

Na wykresie zaznaczono zależność prawdopodobieństwa wystąpienia anomalii w układach podwójnych w zależności od temperatury gwiazd. Na wykres naniesiono także dane dotyczące 107 badanych układów. Czerwoną kropką oznaczono układy, w których zaobserwowano różnicę składu, a niebieską te, których skład był identyczny.

Na podstawie danych dotyczących tych 107 układów autorzy badania opracowali program szacujący prawdopodobieństwo znalezienia chemicznie rozbieżnych gwiazd w układach podwójnych w zależności od ich temperatury. Dla najgorętszych gwiazd (temperatura powyżej 6500 K) prawdopodobieństwo wystąpienia anomalii to 47% ± 11%.

W swoim modelu naukowcy założyli, że warstwy konwekcyjne gwiazd gorących są na tyle cienkie, że nawet mała ilość opadającego na gwiazdę materiału planetarnego byłaby wykrywalna, a para gwiazd wykazałaby różnicę składu gdy przynajmniej jedna z nich połknie planetę. Następnie opracowywali prawdopodobieństwo wystąpienia anomalii dla gwiazd podobnych do Słońca według przybliżonego wzoru: P_{pochłonięcia} = 1 - \sqrt{1 - P_{anomalii}}. Zgodnie z tym modelem prawdopodobieństwo pochłonięcia planety przez gwiazdę w gorących układach podwójnych to około 27% ± 7,5%. P_{anomalii} została wyznaczona na podstawie danych o 107 obiektach.

Te badania mogą sprzyjać rozwojowi odkrywania egzoplanet. Nowa metoda pozwalałaby je wykryć jedynie na podstawie prawidłowego określenia składu chemicznego gwiazd. Równocześnie można by wykluczyć układy planetarne, które nie nadają się do znalezienia planety podobnej do Ziemi. Taki układ bowiem nie powinien się charakteryzować dziwną zawartością żelaza, która wskazywałaby na pochłonięcie planety przez gwiazdę macierzystą.

Autor

Krystyna Syty

Zastępca redaktora naczelnego portalu AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat.