Jedna zvijezda u sustavu HD 81809 ima kemiju koju ne bi trebala imati

U dvojnom sustavu HD 81809 dvije zvijezde vjerojatno su nastale iz istog oblaka plina, no danas ne pokazuju isti kemijski potpis. Posebno odskače HD 81809B, zvijezda nalik Suncu s gotovo sunčevim udjelom željeza, dok je njezina pratilja znatno siromašnija metalima. Nova analiza pokazuje da bi se ta razlika mogla objasniti kasnim dolaskom planetarnog materijala u vanjske slojeve zvijezde.

Zvijezde koje bi trebale biti kemijski sličnije

Dvojni sustavi astronomima su korisni jer često čuvaju zajedničku povijest. Kada dvije zvijezde nastanu iz istog molekularnog oblaka, očekuje se da imaju sličnu starost i sličan početni kemijski sastav. Velika razlika u udjelu težih elemenata zato upućuje na dodatni događaj koji je promijenio barem jednu od zvijezda.

HD 81809 pripada upravo takvoj skupini neobičnih sustava. Obje su zvijezde spektralnog tipa G, što znači da su nalik Suncu, ali nisu u istoj fazi razvoja. HD 81809A već je napustila glavni niz. U njezinoj je jezgri vodik potrošen, ali zvijezda još nije ušla u fazu crvenog diva. Nalazi se u prijelaznoj fazi između zvijezde glavnog niza i kasnijeg širenja.

HD 81809B još je na glavnom nizu, ali njezin kemijski sastav ne uklapa se u jednostavnu sliku zajedničkog nastanka. HD 81809A ima udio željeza od oko -0,57 dex, dok je HD 81809B po metalnosti blizu Suncu. U astronomiji se metalima nazivaju svi elementi teži od helija, a željezo je jedan od glavnih pokazatelja za usporedbu kemijskog sastava zvijezda.

Razlika od 0,57 dex nije mala. Riječ je o logaritamskoj mjeri, pa takav razmak znači da jedna zvijezda ima znatno drukčiji udio željeza od druge. Za par koji je vjerojatno nastao iz istog oblaka plina, to je ozbiljna anomalija.

Trag koji vodi prema planetarnom materijalu

Ranija studija objavljena u časopisu The Astrophysical Journal iznijela je mogućnost da kemijska posebnost zvijezde HD 81809B nije nastala zajedno sa samom zvijezdom. Prema tom tumačenju, materijal bogat težim elementima mogao je kasnije dospjeti u njezine vanjske slojeve i promijeniti kemijski sastav koji astronomi danas mjere.

Dodatni razlog za takvo tumačenje nalazi se u samom sustavu. Oko zvijezda je otkriven disk krhotina, što upućuje na prisutnost ostataka planetarnih tijela, sudara ili raspada manjih objekata. Disk ne dokazuje da je taj materijal završio u zvijezdi, ali pokazuje da u sustavu postoji mogući izvor planetarnih ostataka.

Nova studija, objavljena 29. svibnja, detaljnije provjerava taj scenarij. Tim koji vodi Nuno Moedas s Tehničkog sveučilišta Danske koristio je računalni alat MESA za modeliranje razvoja zvijezda. Istraživači su u modelima mijenjali količinu materijala, njegov kemijski sastav i trenutak u kojem je mogao pasti na zvijezdu.

Pitanje je bilo vrlo jasno: može li naknadni pad planetarnog materijala objasniti zvijezdu poput HD 81809B, gotovo sunčeve metalnosti, u sustavu u kojem je druga zvijezda znatno siromašnija željezom?

Kemijski potpis traži kasan i velik poremećaj

Prema simulacijama, za objašnjenje metalnosti zvijezde HD 81809B u njezine bi vanjske slojeve morala dospjeti količina teških elemenata jednaka približno 25 do 75 masa Zemlje. Takav ishod najbolje odgovara scenariju u kojem se događaj zbio kasno u životu zvijezde, blizu sadašnje starosti sustava od oko 10 milijardi godina.

Vrijeme događaja ovdje je presudno. Kada bi planetarni materijal završio u zvijezdi vrlo rano, modeli bi tražili oko 150 Zemljinih masa teških elemenata. Autori takvu količinu smatraju malo vjerojatnom. Materijal koji bi ušao u zvijezdu u ranoj fazi imao bi više vremena za miješanje s dubljim slojevima, pa bi njegov današnji površinski trag bio mnogo slabiji.

Kasniji pad materijala bolje se slaže s mjerenjima. U tom tumačenju HD 81809A čuva sastav bliži izvornom oblaku iz kojeg je sustav nastao, dok HD 81809B nosi kemijski potpis kasnijeg poremećaja u svojoj okolini.

Takav scenarij pomaže objasniti zašto standardni modeli teško istodobno reproduciraju dob, sjaj i kemijski sastav obiju zvijezda. Problem se možda ne nalazi samo u razvoju samih zvijezda, nego i u kasnijoj povijesti planetarnog materijala oko HD 81809B

Litij ostavlja najteži problem

Najslabija točka ovog scenarija povezana je s litijem. Modeli koji mogu podići udio metala na površini zvijezde HD 81809B istodobno predviđaju veću količinu litija od one koja se opaža.

To je važan problem jer je litij u zvijezdama osjetljiv pokazatelj njihove unutarnje povijesti. Njegova količina ovisi o temperaturi, miješanju slojeva i kemijskom sastavu materijala koji dospijeva na zvijezdu. Kada se u model uključi dovoljno materijala da se objasni udio željeza, površina zvijezde postaje prebogata litijem.

Autori navode da bi opažena količina litija bolje odgovarala scenariju u kojem je na zvijezdu palo manje od šest Zemljinih masa materijala. To je znatno manje od količine potrebne za objašnjenje njezine metalnosti. Modeli zato moraju pomiriti dva zahtjeva: mnogo teških elemenata za željezo i mnogo manje materijala za litij.

Zbog toga HD 81809B ostaje otvoren slučaj. Kasni dolazak planetarnog materijala i dalje je jedno od najizglednijih objašnjenja kemijske razlike u sustavu, ali taj materijal morao je imati vrlo specifičan sastav. Druga je mogućnost da modeli još ne uključuju neki proces koji bi smanjio litijev potpis u vanjskim slojevima zvijezde.

Daljnja mjerenja rotacije i magnetske aktivnosti HD 81809B mogla bi pomoći u provjeri tog scenarija. Ako je veća količina planetarnog materijala zaista dospjela na zvijezdu, posljedice se možda ne vide samo u kemijskom sastavu, nego i u njezinu okretanju i magnetskom ponašanju.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.