Ziemia znajduje się w wyjątkowym systemie planetarnym. To, że każdego dnia na niebie widzimy tylko jedną gwiazdę – Słońce – stanowi w kosmosie rzadkość. Aż 85 proc. gwiazd we Wszechświecie ma bowiem towarzyszkę. Razem z drugą gwiazdą tworzą tzw. układ podwójny.

Formalnie układ podwójny to dwie gwiazdy krążące po orbicie wokół wspólnego środka masy. Obie powstały z tego samego obłoku molekularnego. To zagęszczenie pyłów i gazów składające się przede wszystkim z wodoru. Z czasem taki obłok może w pewnych rejonach kurczyć się, a materia zagęszczać. Jeśli są spełnione odpowiednie warunki, w takich miejscach tworzą się gwiazdy. 

Wspólna kołyska, różne dzieci 

Można więc pokusić się o stwierdzenie, że gwiazdy układu podwójnego przychodzą na świat w tej samej kołysce. A skoro powstały z jednego obłoku molekularnego, powinny mieć podobny skład chemiczny oraz układy planetarne składające się z podobnych globów. Po prostu być identycznymi bliźniakami.

Tak jednak nie jest. Układy podwójne nie składają się z identycznych gwiazd. Mogą je tworzyć zupełnie różne słońca. Na dodatek zaś wokół nich mogą krążyć planety rozmaitego typu: skaliste, gazowe, lodowe, superziemie itp. Pytanie brzmi: co jest źródłem tego zróżnicowania? 

Trzy hipotezy

Dotychczas istniały trzy teorie wyjaśniające ten stan rzeczy. Pierwsza zakładała dyfuzję atomów w gwieździe – czyli ich przesuwanie się i układanie w gradientowe warstwy, co zależałoby od temperatury i siły grawitacji na powierzchni. Druga – że gwiazda może pochłonąć planetę, która zbytnio się do niej zbliży. To zmieniłoby jej skład chemiczny. 

Wreszcie trzecia odwoływała się do okresu sprzed narodzin gwiazd. Wskazywała, że za różne składniki układu podwójnego odpowiada niejednorodność chemiczna pierwotnego obłoku molekularnego. Inaczej mówiąc, pierwiastki tworzące obłok molekularny mogłoby być rozłożone w nim nierównomiernie. Ta niejednorodność przełożyłaby się na różną strukturę chemiczną „gwiazd potomnych”. 

Badania za pomocą teleskopu Gemini South

Dotychczas naukowcy uznawali wszystkie te trzy wyjaśnienia za równie prawdopodobne. Jednak ich badania koncentrowały się na gwiazdach głównego ciągu. Słońce jest właśnie na tym etapie ewolucji – w jego jądrze zachodzi fuzja wodoru w hel. To główny etap życia gwiazdy. 

Przeprowadzenie nowych badań umożliwiły instrumenty teleskopu Gemimi South pracującego w Chile. Za jego pomocą astronomowie badali spektrum gwiazd układu podwójnego HD 138202+CD−30 12303. Obie należą do typu olbrzymów. Układ znajduje się ok. 1720 lat świetlnych od Ziemi.

Turbulencje w zewnętrznych warstwach gwiazdy

Olbrzymy to krótki etap życia gwiazdy. Ich zewnętrzne warstwy są powiększone i równocześnie wzburzone. W tych tzw. strefach konwekcji materia bez przerwy się porusza – co wyklucza możliwość układania się atomów w stabilne warstwy. Gdyby zaś taka gwiazda pochłonęła planetę, planetarny „budulec” zostałby prędko rozprowadzony i rozrzedzony – co z kolei eliminuje drugie wyjaśnienie.

Na naukowym placu boju pozostało więc trzecie. Gwiazdy układu podwójnego dziedziczą różnice w strukturze chemicznej obłoku molekularnego, z którego powstały. Czyli wszystko decyduje się już przed ich narodzinami. Co, nawiasem mówiąc, wyjaśnia również, dlaczego wokół gwiazd powstają tak zróżnicowane układy planetarne.

– Wykazując po raz pierwszy, że pierwotne różnice rzeczywiście istnieją i są odpowiedzialne za różnice między gwiazdami układu podwójnego, udowadniamy, że powstawanie gwiazd i planet może być bardziej złożone, niż wcześniej sądzono – powiedział Carlos Saffe, argentyński astronom. – Wszechświat kocha różnorodność – dodał.

Carlos Saffe jest głównym autorem pracy o badaniu układu podwójnego HD 138202+CD−30 12303 opublikowanej w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Źródła: Phys.org, space.com, Astronomy & Astrophysics