Космохимик Мэйтри Боз из Университета Аризоны и астрофизик Самнер Старрфилд из Школы исследования Земли и космоса обнаружили, что большинство зерен звездной пыли имеет происхождение, образуемое при взаимодействии белого карлика и холодного гиганта, при котором на новой возникают взрывы, выбрасывающие зерна в космос. Впоследствии, скапливаясь, они образуют целые звездные системы. Однако при исследовании оказалось, что есть зерна, чье происхождение до сих пор не ясно. Это значит, что мы еще не до конца знаем, как могут появляться звездные системы и что происходит с новыми.
Микроскопические зерна карбида кремния в тысячу раз меньше, чем средняя толщина человеческого волоса. Они были частью строительных материалов, из которых строились Солнце и наша система, так же, как и другие звезды и системы. Зерна карбида кремния рождаются в результате вспышек новой, которые представляют собой повторяющиеся катастрофические извержения некоторых типов белых карликовых звезд. Сегодня зерна находят на метеоритах, которые оказываются на Земле.
Новые встречаются в парах звезд, где одна из них представляет собой горячий, компактный остаток, называемый белым карликом. Другая — холодная гигантская звезда, настолько большая, что ее расширенная внешняя атмосфера подает газ на белого карлика. Когда на нем накапливается достаточное количество газа, происходит термоядерное извержение и звезда становится новой.
Несмотря на мощь, извержение не разрушает белого карлика или его спутника, поэтому новые могут извергаться снова и снова, многократно выбрасывая в космос газ и пыль, образовавшиеся во время взрыва. Оттуда частицы пыли сливаются с облаками межзвездного газа, становясь компонентами новых звездных систем.
Солнце и Солнечная система родились около 4,6 млрд лет назад именно от такого межзвездного облака, засеянного пылевыми зернами от более ранних звездных извержений многих звезд. Почти все исходные зерна были израсходованы на создание Солнца и планет, но крошечная доля осталась. Сегодня эти частицы звездной пыли, или пресолярные зерна, могут быть идентифицированы в примитивных материалах Солнечной системы, таких как хондритные метеориты.
Главное открытие — это изотопный состав зерен звездной пыли. Изотопный анализ позволяет нам проследить сырье, которое собралось вместе, чтобы сформировать Солнечную систему. Каждое зерно карбида кремния имеет подпись изотопного состава своей родительской звезды. Так можно узнать, как именно создавались планеты и системы вокруг звезд.
Мэйтри Боз, Университет Аризоны, США
Боз собрала опубликованные данные о тысячах зерен и обнаружила, что почти все естественно сгруппированы в три основные категории, каждая из которых относится к одному или другому виду звезды. Но было около 30 зерен, которые нельзя проследить до определенного звездного происхождения. В первоначальном анализе они были помечены как возможно происходящие при новых взрывах.
Астрофизик Самнер Старрфилд из Школы исследования Земли и космоса использует компьютерные вычисления и симуляции для изучения различных видов звездных взрывов. Специально для открытия Боз он разработал компьютерную модель для объяснения зерен, видимых в спектре новой звезды.
Старрфилд утверждает, что есть два главных класса появления новой. «Одним из них является класс кислорода и неона, над которым я работаю в течение 20 лет. Другой — класс углерода и кислорода, которому я не уделял столько внимания». Обозначения классов для новых происходят от элементов, видимых в их спектрах.
Углерод и кислород образуют много пыли, которая является частью самого взрыва. Идея состоит в том, что новый взрыв проникает в углеродно-кислородное ядро белого карлика, превращая все эти улучшенные и обогащенные элементы в область с высокими температурами, что приводит к еще большему взрыву. Причем это выглядит довольно грязно, выбрасывая пыль всеми возможными средствами и формами в космическое пространство.
Астрофизик Самнер Старрфилд из Школы исследования Земли и космоса
Расчеты Старрфилда предсказали 35 изотопов, включая углерод, азот, кремний, серу и алюминий, которые будут образованы выбросами углерод-кислородного класса новых. Оказалось, что получение правильной пропорции материала ядра белого карлика и аккрецированного материала от звезды-компаньона было абсолютно необходимым для работы симуляций. Затем Боз и Старрфилд сравнили прогнозы с опубликованными составами зерен карбида кремния. Они обнаружили, что из тех 30 «непонятных» зерен только пять могли появиться в результате извержения новой.
Боз говорит, что теперь ученые должны объяснить составы зерен, которые не были получены в результате вспышек новой. Это означает, что есть совершенно новый звездный источник или источники, которые нужно обнаружить. Исследователи также выяснили, что астрономические наблюдения, компьютерное моделирование и высокоточные лабораторные измерения зерен звездной пыли необходимы, если ученые хотят понять, как развиваются звезды.