Тайна лития: астрономы нашли следы планетарных катастроф у красных карликов

Исследовательская группа под руководством Р. Д. Джеффриса из Keele University (Великобритания) обнаружила шесть аномально богатых литием холодных звезд — ранних красных карликов, в трех рассеянных звездных скоплениях возрастом от 50 до 200 миллионов лет. Результаты, основанные на данных обзора Gaia-ESO, приняты к публикации в авторитетном астрофизическом журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Астрономы давно знают, что литий очень хрупкий химический элемент: внутри звезд он быстро сгорает при температурах около 3 миллионов градусов. Поэтому большинство звезд массой меньше Солнца к возрасту 30–50 миллионов лет практически полностью теряют запасы лития из своей внешней оболочки. Но в новой работе ученые нашли необычное исключение.

Проанализировав спектры более чем 300 звезд поздних K и ранних M типов в 15 рассеянных скоплениях, авторы заметили шесть тусклых красных карликов, которые вопреки ожиданиям демонстрируют яркую литию линию в своем излучении. Эти звезды принадлежат к скоплениям NGC 2516, NGC 2451a и Blanco 1. Их возраст составляет от 50 до 209 миллионов лет, то есть они давно должны были потерять первичный литий. Однако концентрация элемента у них в 10–100 раз выше, чем у звезд-соседей с той же температурой поверхности.

Самое удивительное, что эти объекты ничем не выделяются среди остальных членов скоплений. Они имеют те же координаты, расстояния и движения, что и их бедные литием собратья. Цвета и светимости укладываются в общую картину, а скорости вращения у них, напротив, довольно низкие. То есть перед нами не случайные молодые захваченные звезды, а полноправные члены скоплений, которые по какой-то причине сохранили или вновь получили литий.

Авторы рассматривают несколько гипотез. Первая: магнитная активность могла подавить обычное выжигание лития, но тогда звезды должны вращаться быстро, а они вращаются медленно. Вторая: необычные условия рождения или долгая аккреция из протопланетного диска, но и этот сценарий сталкивается с серьезными возражениями. Поэтому ученые склоняются к третьему объяснению: эти звезды проглотили планеты или планетезимали.

Дело в том, что к моменту образования активного ядра у M-карликов (красный карлик) внешний конвективный слой становится достаточно холодным, чтобы вновь поступивший литий не сгорал мгновенно. Если звезда массой 0,5–0,6 солнечных масс поглотит около 3–10 масс Земли твердого каменистого материала, то литий из этого вещества сохранится в ее атмосфере на десятки и даже сотни миллионов лет.

Частота таких событий — примерно 2–3% звезд этого типа в данных скоплениях, хорошо согласуется с моделями динамической нестабильности планетных систем. Кроме того, известно, что у M-карликов очень часто встречаются плотные скалистые планеты на коротких орбитах, которые могут быть подвержены гравитационным взаимодействиям со звездой.

В старых скоплениях (старше 200 млн лет) исследователи таких аномалий не нашли, что тоже укладывается в общую картину: либо события поглощения к тому времени становятся редкостью, либо оставшийся литий успевает сгореть. В любом случае, это исследование показывает, что бедные литием звезды могут служить своеобразным «чистым холстом», на котором особенно заметны следы недавних планетных катастроф.

В результате работа впервые систематически демонстрирует, что у 2–3% зрелых M-карликов в рассеянных скоплениях аномально высокое содержание лития. Наиболее вероятное объяснение — недавнее (в пределах последних десятков миллионов лет) поглощение звездой скалистых планет массой от 3 до 10 Земель. Это открывает новый метод поиска планетных аккреций и позволяет оценивать частоту разрушения планетных систем на ранних этапах их эволюции.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях