Двойные звёзды формируются из одного облака молекулярного газа и должны иметь одинаковый химический состав. Однако иногда это не так. Причиной могут быть небольшие различия в протозвёздных облаках или же то, что некоторые звёзды поглотили каменистые планеты. Если такое поглощение происходит регулярно, это плохой признак для потенциальной обитаемости.
Международная группа исследователей нашла способ определять, съела ли звезда каменистый мир, подошедший слишком близко. Метод основан на бериллии — редком элементе, который составляет лишь около 0,0004 % земной коры и ещё реже встречается во Вселенной. Работа опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics под названием «Planet engulfment in the chemically anomalous HD 129171/HD 129209 pair». Первый автор — Анне Ратсман, докторант Института астрономии, геофизики и атмосферных наук в Бразилии.
Исследование сосредоточено на двух звёздах, очень похожих на Солнце по магнитной активности, химии и физическим параметрам. Они получили обозначения HD 129171 и HD 129209 и образуют двойную систему на расстоянии около 180 световых лет. Несмотря на множество сходств, их металличность различается.
Астрономы предположили, что одна из звёзд поглотила каменистую планету, и это может объяснять различия. «Пока неясно, возникают ли эти аномалии из-за неоднородностей протозвёздных облаков, что важно для химического тегирования и теорий звездообразования, или же они вызваны событием поглощения планеты одним из компонентов двойной системы», — пишут исследователи. Чтобы выяснить это, учёные измерили точные дифференциальные содержания элементов в паре, используя спектры, полученные с помощью VLT и его ультрафиолетового и визуального эшелле-спектрографа (UVES).
Исследователи сосредоточились на бериллии — одном из тугоплавких элементов. «Звезда HD 129171 обогащена тугоплавкими элементами — то есть элементами, которые обычно конденсируются в твёрдом состоянии и составляют каменистые планеты», — отмечают авторы. К ним относятся железо, магний, кремний, кальций и титан. Также в ней больше лития и бериллия. «Это убедительно говорит о том, что она поглощала планетный материал на протяжении своей эволюции», — заявила первый автор Ратсман в пресс-релизе.
Бериллий (Be) отличается от других элементов важной особенностью: звёздный нуклеосинтез не производит стабильных изотопов Be. Небольшое количество образовалось при Большом взрыве, остальное — в результате расщепления космическими лучами. «Литий уже использовался как возможный индикатор поглощения планет, но он разрушается довольно легко. Бериллий более устойчив, и его химическая подпись сохраняется дольше», — объясняет Ратсман. По содержанию Be учёные смогли показать, сколько каменистого материала поглотила HD 129171. «Наблюдаемая картина содержаний пары достаточно хорошо воспроизводится моделью поглощения 11,2 массы Земли каменистого материала», — поясняют исследователи. «Этот материал мог происходить от одной крупной планеты или от нескольких меньших тел, — сказала Ратсман. — Однако в случае солнцеподобных звёзд внутреннее перемешивание настолько эффективно, что итоговая химическая подпись не позволяет различить эти сценарии».
Работа показывает, что бериллий служит хорошим диагностическим признаком поглощения планет по крайней мере для звёзд солнечного типа. Его присутствие в холодных фотосферах трудно объяснить иначе. Это также говорит о том, что наша Солнечная система может быть довольно редкой: симуляции с трудом создают системы, подобные нашей, где массивные планеты во внешней части следуют по более круговым орбитам, а каменистые планеты во внутренней части — по стабильным. «В нашей планетной системе планеты имеют относительно стабильные орбиты с низким эксцентриситетом. Однако если поглощение планет распространено, это говорит о том, что многие системы переживают насильственные динамические фазы, — сказала Ратсман. — Жизни потребовались бы не только миллиарды лет для возникновения и эволюции. Планета также должна оставаться на достаточно стабильной орбите, чтобы выжить при значительных гравитационных возмущениях». Соавтор Хорхе Луис Мелендес Морено добавил: «Когда мы объединяем данные динамических симуляций, наблюдений экзопланет и химических исследований двойных звёзд, складывается согласованная картина, указывающая на то, что системы, подобные Солнечной, могут быть менее распространёнными, чем мы представляли».