Astronomi su potvrdili da se razlike u kemijskom sastavu binarnih zvijezda mogu pratiti sve do najranijih faza njihova nastanka.

Koristeći teleskop Gemini South, tim astronoma je prvi put potvrdio da razlike u sastavu binarnih zvijezda potječu iz kemijskih varijacija u oblaku zvjezdane materije iz kojeg su se formirale. Ova otkrića pomažu objasniti zašto zvijezde rođene iz istog molekularnog oblaka mogu imati različit sastav i ugostiti različite planetarne sustave, što također postavlja izazove trenutnim modelima formiranja zvijezda i planeta.

Procjenjuje se da do 85% zvijezda postoji u binarnim zvjezdnim sustavima, neke čak i u sustavima s tri ili više zvijezda. Ovi zvjezdani parovi rađaju se zajedno iz istog molekularnog oblaka koji ima zajedničku bogatstvo kemijskih gradivnih elemenata, stoga bi astronomi očekivali da će otkriti da imaju gotovo identičan sastav i planetarne sustave. Međutim, za mnoge binarne sustave to nije slučaj. Dok neka predložena objašnjenja pripisuju ove razlike događajima koji se događaju nakon što su se zvijezde razvile, tim astronoma je prvi put potvrdio da one zapravo mogu potjecati iz vremena prije nego što su zvijezde čak i počele nastajati.

Pod vodstvom Carlosa Saffea iz Instituta za astronomske, zemaljske i svemirske znanosti (ICATE-CONICET) u Argentini, tim je koristio teleskop Gemini South u Čileu, koji je jedna polovica Međunarodne opservatorije Gemini, djelomično podržane od strane Američke nacionalne zaklade za znanost i kojom upravlja NSF NOIRLab. Pomoću novog, preciznog spektrografa visoke rezolucije Gemini (GHOST) tim je proučavao različite valne duljine svjetlosti, ili spektre, koje emitira par divovskih zvijezda, što je otkrilo značajne razlike u njihovom kemijskom sastavu. „Izuzetno visokokvalitetni spektri GHOST-a omogućili su neviđenu rezoluciju“, rekao je Saffe, „što nam je omogućilo da izmjerimo zvjezdane parametre i kemijske obilnosti zvijezda s najvećom mogućom preciznošću.“ Ova mjerenja su otkrila da jedna zvijezda ima veće obilje težih elemenata od druge. Da bi raspleli podrijetlo ove razlike, tim je koristio jedinstven pristup.

Ranije studije predložile su tri moguća objašnjenja za opažene kemijske razlike među binarnim zvijezdama. Dva od njih uključuju procese koji bi se dogodili tijekom evolucije zvijezda: atomska difuzija, odnosno taloženje kemijskih elemenata u slojeve ovisno o temperaturi i površinskoj gravitaciji svake zvijezde; te proždiranje male, stjenovite planete, što bi uvelo kemijske varijacije u sastav zvijezde.

Treće moguće objašnjenje vraća nas na početak formiranja zvijezda, sugerirajući da razlike potječu iz praiskonskih, odnosno prethodno postojećih, područja neujednačenosti unutar molekularnog oblaka. Jednostavnije rečeno, ako molekularni oblak ima neujednačenu raspodjelu kemijskih elemenata, tada će zvijezde rođene unutar tog oblaka imati različite sastave ovisno o tome koji su elementi bili dostupni na mjestu gdje je svaka od njih nastala.

Do sada su studije zaključile da su sve tri mogućnosti vjerojatne; međutim, te studije su se fokusirale isključivo na binarne zvijezde glavnog niza. 'Glavni niz' je faza u kojoj zvijezda provodi većinu svog postojanja, i većina zvijezda u svemiru su zvijezde glavnog niza, uključujući i naše Sunce. Umjesto toga, Saffe i njegov tim promatrali su binarni sustav koji se sastoji od dvije divovske zvijezde. Ove zvijezde posjeduju izrazito duboke i jako turbulentne vanjske slojeve, ili konvektivne zone. Zbog svojstava ovih gustih konvektivnih zona, tim je uspio odbaciti dvije od tri moguće hipoteze.

Neprestano vrtloženje tekućine unutar konvektivne zone otežava da se materijal složi u slojeve, što znači da divovske zvijezde manje osjećaju učinke atomske difuzije — time je prva mogućnost odbačena. Gusti vanjski sloj također znači da proždiranje planete ne bi znatno promijenilo sastav zvijezde, budući da bi progutani materijal brzo bio razrijeđen — time je druga mogućnost odbačena. To ostavlja praiskonske neujednačenosti unutar molekularnog oblaka kao potvrđeno objašnjenje. „Ovo je prvi put da su astronomi uspjeli potvrditi da razlike među binarnim zvijezdama počinju u najranijim fazama njihova formiranja“, rekao je Saffe.

„Koristeći mogućnosti preciznog mjerenja koje pruža instrument GHOST, Gemini South sada prikuplja opažanja zvijezda na kraju njihovog života kako bi otkrio okruženje u kojem su rođene“, kaže Martin Still, direktor programa NSF za Međunarodnu opservatoriju Gemini. „To nam omogućuje istraživanje kako uvjeti u kojima se zvijezde formiraju mogu utjecati na njihovo cjelokupno postojanje kroz milijune ili milijarde godina.“

Tri posljedice ove studije posebno su značajne. Prvo, ovi rezultati nude objašnjenje zašto astronomi vide binarne zvijezde s tako različitim planetarnim sustavima. „Različiti planetarni sustavi mogli bi značiti vrlo različite planete — stjenovite, slične Zemlji, ledeni divovi, plinoviti divovi — koje kruže oko svojih domaćina zvijezda na različitim udaljenostima i gdje potencijal za podršku životu može biti vrlo različit“, rekao je Saffe.

Drugo, ovi rezultati predstavljaju ključni izazov za koncept kemijskog označavanja — korištenje kemijskog sastava za identificiranje zvijezda koje dolaze iz istog okruženja ili zvjezdane jaslice — pokazujući da zvijezde s različitim kemijskim sastavima mogu imati isto podrijetlo.

Konačno, opažene razlike koje su ranije pripisivane planetarnim udarima na površini zvijezde sada će trebati biti ponovno razmotrene, jer bi sada mogle biti shvaćene kao da su bile prisutne od samog početka života zvijezde.

„Pokazujući prvi put da praiskonske razlike zaista postoje i odgovorne su za razlike među blizanačkim zvijezdama, pokazujemo da bi formiranje zvijezda i planeta moglo biti složenije nego što se prvotno mislilo“, rekao je Saffe. „Svemir voli raznolikost!“

Izvor: U.S. National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory