Ako sa masívne hviezdy v binárnych systémoch menia v továrne na uhlík

  • Valentín Korinek | 15 Január 2022
    Galaxie a hlboký vesmír
Masívna hviezda môže dať svojej galaxii veľa nového uhlíka, najmä, ak okolo takejto hviezdy obieha iná hviezda. Obrázok ilustruje pozostatky masívnej hviezdy, ktorá explodovala v súhvezdí Kasiopeja. Červená farba označuje infračervené žiarenie, žltá farba označuje viditeľné svetlo a modrá označuje röntgenové žiarenie. (O. Krause a kol./Steward Observatory/JPL-Caltech/NASA (infračervené); STScI/NASA (optické); CXC/SAO/NASA (röntgen))
Uhlík je základný stavebný kameň života na Zemi. Vďačíme za to konečným štádiám a následným explóziám hviezd. Nové výpočty ale naznačujú, že masívna hviezda, ktorej vonkajšia vrstva je odtrhnutá sprievodnou hviezdou, nakoniec uvoľní oveľa viac uhlíka, ako keby sa hviezda zrodila sama.

Hviezda v binárnom systéme produkuje asi dvakrát viac uhlíka, ako by vyprodukovala samotná hviezda. Uhlík je štvrtý najrozšírenejší prvok vo vesmíre po vodíku, héliu a kyslíku. Ako takmer každý chemický prvok ťažší ako hélium, aj uhlík vzniká vo hviezdach. Pre mnohé prvky boli astronómovia schopní určiť hlavný zdroj. Napríklad kyslík pochádza takmer výlučne z masívnych hviezd, z ktorých väčšina exploduje, zatiaľ čo dusík sa tvorí väčšinou v hviezdach s nižšou hmotnosťou, ktoré neexplodujú. Na rozdiel od toho uhlík vzniká v hmotných aj menej hmotných hviezdach. Astronómovia by radi presne vedeli, ktoré typy hviezd tvoria väčší podiel tohto pre nás životne dôležitého prvku.

Vedci sa zamerali na masívne hviezdy, ktoré sú najmenej osemkrát ťažšie ako Slnko a vypočítali ako sa správajú, keď sú súčasťou binárneho systému, a ak sú len samotári. Jadrové reakcie v centre masívnej hviezdy najskôr premenia vodík na hélium. Keď v jadre dôjde vodík, hviezda sa roztiahne a jadro začne čoskoro premieňať hélium na uhlík.

Masívne hviezdy žijú po väčšine v pároch, a preto keď sa hviezda rozpína, gravitácia spoločníka môže odtrhnúť vonkajší obal väčšej hviezdy a odhaliť tak héliové jadro. To umožňuje, aby sa v jadre vznikajúci uhlík prostredníctvom toku častíc dostal do vesmíru.

Toky častíc známych aj ako hviezdny vietor sú pri veľmi hmotných hviezdach dosť silné. Výpočty napríklad naznačujú, že vietor hviezdy zrodenej s 40 násobkom hmotnosti Slnka s blízkym spoločníkom vyvrhne pred smrťou 1,1 slnečnej hmoty uhlíka. Na porovnanie, rovnako hmotná samostatná hviezda vyvrhne uhlík s hmotnosťou len 0,2 Slnka.

Pri explózii hmotnej hviezdy v binárnom systéme je množstvo vyprodukovaného uhlíka väčšie ako pri výbuchu rovnakej samostatnej hviezdy. Je to preto, že keď sprievodná hviezda odstráni obálku masívnej hviezdy, héliové jadro sa zmenší. Táto kontrakcia zanechá nejaký uhlík mimo jadra. Výsledkom je, že jadrové reakcie už nemôžu premeniť tento uhlík na ťažšie prvky ako je kyslík, takže výbuchom je do vesmíru rozprášeného viac uhlíka. Keby bola hviezda samostatná, jej jadro by veľkú časť tohto uhlíka zničilo.

Vedci teda dospeli k záveru, že priemerná hmotná hviezda v dvojhviezde vyvrhne vetrom a explóziou 1,4 až 2,6-krát viac uhlíka ako priemerná hmotná hviezda, ktorá žije osamote.

Vzhľadom na to, koľko masívnych hviezd je v dvojhviezdach, zdôraznenie vývoja dvojhviezd je užitočné pri určovaní pôvodu kľúčového prvku. Miera straty hmoty pre masívne hviezdy nie je teda dostatočne známa na to, aby sa potvrdil špecifický rozdiel v produkcii uhlíka medzi jednotlivými a binárnymi hviezdami.