Ученые выяснили, что избыток бериллия выдает звезду, поглотившую свои планеты

Международная группа исследователей из Университета Сан-Паулу в Бразилии совместно с коллегами из Филиппин, Польши, Китая, Австралии и Италии обнаружила, что различия в содержании бериллия в двойных звездах могут указывать на поглощение этими звездами каменистых планет. Исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, показывает, что такая химическая «метка» сохраняется дольше, чем следы лития, и открывает новый способ изучать, как звезды взаимодействуют со своими планетами.

Ученые обратили внимание на двойную систему, состоящую из двух очень похожих звезд солнечного типа — HD 129171 и HD 129209. Поскольку такие пары формируются из одного и того же облака газа и пыли, их первоначальный химический состав должен быть почти одинаковым. Однако наблюдения с помощью спектрографа UVES на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории в Чили показали заметную разницу. Одна из звезд, HD 129171, оказалась обогащена тугоплавкими элементами: железом, магнием, кремнием, кальцием и титаном, из которых в основном состоят каменистые планеты. Кроме того, в ней обнаружили избыток лития и бериллия.

Особенность бериллия в том, что он не образуется в недрах звезд в ходе их обычной эволюции. Он возникает главным образом при столкновении высокоэнергетических частиц с более тяжелыми ядрами, например, углеродом, азотом и кислородом в процессе, который называют космическим расщеплением. Поэтому, если астрономы видят бериллий в спектре звезды, это верный признак того, что звезда поглотила каменистый материал уже после своего формирования. Литий тоже пытались использовать как подобный индикатор, но он разрушается гораздо легче, а бериллий устойчивее и хранит следы дольше.

По оценкам исследователей, масса поглощенного материала более чем в одиннадцать раз превышает массу Земли. Это могло быть одно крупное тело или несколько меньших, но внутреннее перемешивание в звездах солнечного типа настолько эффективно, что различить эти сценарии по итоговому составу невозможно.

Авторы также рассмотрели динамические механизмы, которые способны заставить планеты падать на свою звезду. Среди них гравитационное взаимодействие между планетами, возмущения от звезд-компаньонов и орбитальная миграция. Эти процессы могут делать орбиты сильно вытянутыми и нестабильными, что приводит к выбросу планет, их столкновениям или поглощению центральной звездой.

Отдельный важный вывод касается того, насколько типична наша Солнечная система. Компьютерные модели и наблюдения за экзопланетами показывают, что конфигурации с планетами-гигантами на почти круговых внешних орбитах и каменистыми планетами на стабильных внутренних орбитах встречаются нечасто.

Если поглощение планет распространенное явление, значит, многие системы переживают бурные динамические фазы. Это может иметь прямые последствия для поиска сложной жизни: для ее возникновения и развития планете нужно не только много времени, но и достаточно стабильная орбита, защищенная от сильных гравитационных возмущений.

Результаты работы важны и для метода химической маркировки, который использует состав звезд для восстановления истории Млечного пути. Если бы различия в двойных звездах объяснялись неоднородностями первичного облака, модели звездообразования пришлось бы пересматривать. Но полученные данные подтверждают гипотезу поглощения планет, а значит, химические различия между звездами одной пары могут служить надежным инструментом для изучения эволюции планетных систем.

В итоге исследование показало, что бериллий может стать надежным маркером событий поглощения планет, а химический анализ двойных звезд позволяет заглянуть в бурное прошлое планетных систем. Работа не только предлагает новый метод, но и подводит к мысли, что стабильные системы, подобные нашей, могут быть скорее исключением, чем правилом.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях