Cum se transformă stelele masive din sistemele binare în fabrici de carbon

Data viitoare când mulțumiți stelelor norocoase, poate doriți să binecuvântați binarele. Noile calcule indică faptul că o stea masivă al cărei strat exterior este rupt de o stea însoțitoare ajunge să verse mult mai mult carbon decât dacă steaua s-ar fi născut singură.

„Acea stea produce de două ori mai mult carbon decât ar produce o singură stea”, spune Rob Farmer, astrofizician la Institutul de Astrofizică Max Planck din Garching, Germania.

Toată viața de pe Pământ se bazează pe carbon, al patrulea element cel mai abundent din cosmos, după hidrogen, heliu și oxigen. Ca aproape orice element chimic mai greu decât heliul, carbonul se formează în stele (SN: 2/12/21). Pentru multe elemente, astronomii au reușit să identifice sursa principală. De exemplu, oxigenul provine aproape în întregime din stele masive, dintre care majoritatea explodează, în timp ce azotul este produs în mare parte din stele cu masă mai mică, care nu explodează. În schimb, carbonul apare atât în ​​stelele masive, cât și în stele de masă mai mică. Astronomii ar dori să știe exact ce tipuri de stele au format partea leului din acest element vital.

Farmer și colegii săi s-au uitat în mod special la stelele masive, care sunt de cel puțin opt ori mai grele decât soarele, și au calculat cum se comportă cu și fără parteneri. Reacțiile nucleare de la miezul unei stele masive transformă mai întâi hidrogenul în heliu. Când nucleul rămâne fără hidrogen, steaua se extinde, iar în curând nucleul începe să transforme heliul în carbon.

Dar stelele masive au de obicei stele însoțitoare, adăugând o întorsătură poveștii: când steaua se extinde, gravitația însoțitoare poate rupe învelișul exterior al stelei mai mari, expunând miezul de heliu. Acest lucru permite carbonului proaspăt bătut să curgă în spațiu printr-un flux de particule.

„În aceste stele foarte masive, aceste vânturi sunt destul de puternice”, spune Farmer. De exemplu, calculele echipei sale indică faptul că vântul unei stele născute de 40 de ori mai masiv decât soarele cu un însoțitor apropiat ejectează 1,1 mase solare de carbon înainte de a muri. În comparație, o singură stea născută cu aceeași masă ejectează doar 0,2 mase solare de carbon, raportează cercetătorii într-o lucrare trimisă pe arXiv.org pe 8 octombrie și în presă la Jurnalul de astrofizică.

Dacă steaua masivă explodează apoi, poate depăși o supernova dintr-o stea masivă solo. Asta pentru că, atunci când steaua însoțitoare îndepărtează învelișul stelei masive, miezul de heliu se micșorează. Această contracție lasă puțin carbon în urmă, în afara miezului. Ca urmare, reacțiile nucleare nu pot transforma acel carbon în elemente mai grele, cum ar fi oxigenul, lăsând mai mult carbon care să fie aruncat în spațiu prin explozie. Dacă steaua ar fi fost singură, miezul ar fi distrus o mare parte din acel carbon.

Analizând producția de stele masive de diferite mase, echipa lui Farmer concluzionează că stea masivă medie într-un sistem binar ejectează de 1,4 până la 2,6 ori mai mult carbon prin vânturi și explozii de supernovă decât steaua masivă medie care este singură.

Având în vedere câte stele masive sunt în binare, astronomul Stan Woosley spune că accentuarea evoluției stelelor binare, așa cum au făcut-o cercetătorii, este utilă pentru a stabili originea unui element crucial. Dar „Cred că fac o afirmație prea puternică bazată pe modele care ar putea fi sensibile la fizica incertă”, spune Woosley, de la Universitatea din California, Santa Cruz. În special, spune el, ratele de pierdere în masă pentru stelele masive nu sunt cunoscute suficient de bine pentru a afirma o diferență specifică în producția de carbon între stelele simple și cele binare.

Fermierul recunoaște incertitudinea, dar „imaginea generală este solidă”, spune el. „Binarele fac mai mult [carbon].”