Астрономы сделали важный шаг в понимании того, как образуются ключевые химические элементы — углерод и кислород — в звёздах. Анализ спектральных данных ближайших к Солнцу красных карликов (звёзд типа M) помог выявить редкие изотопы этих элементов, что даёт новые факты о процессах звёздного нуклеосинтеза и распространении элементов во Вселенной. Результаты опубликованы учёными по 24 января 2026 года и рассматриваются как шаг к пониманию химической эволюции нашей Галактики.
Красные карлики — самые многочисленные соседи Солнца
Красные карлики — это небольшие, относительно холодные звёзды главной последовательности, чей спектр относится к классу M. Такие звёзды составляют большую часть населения нашей Галактики и встречаются значительно чаще, чем «солнечные» звёзды типа G. Они живут гораздо дольше за счёт медленного расходования водорода в ядре и сохраняют химические следы, накопленные за миллиардные годы.
Поэтому именно красные карлики стали объектом исследования группы астрономов под руководством Дарио Гонсалеса Пикоса из Лейденского университета (Нидерланды). В выборке оказались 32 таких звезды, расположенные относительно близко к Солнцу.
Что такое спектральные данные и изотопы
Свет от звезды можно разложить в спектр — набор длин волн, по которому астрономы определяют химический состав её атмосферы. Каждый элемент оставляет в спектре характерные линии, отражающие присутствие определённых атомов и изотопов (вариантов одного и того же элемента с различным числом нейтронов в ядре).
Астрономы изучали редкие изотопы углерода и кислорода в спектрах красных карликов. Эти элементы образуются внутри звёзд в результате термоядерных реакций. При этом различные механизмы и условия синтеза оставляют разный «отпечаток» в распределении изотопов.
Как звёзды производят углерод и кислород
Звёзды генерируют энергию и химические элементы через звёздный нуклеосинтез — последовательность термоядерных реакций, в которых лёгкие элементы превращаются в более тяжёлые под действием экстремальных температур и давлений в ядре звезды.
- На ранних этапах звезда превращает водород в гелий.
- По мере израсходования водорода начинается горение гелия, которое может приводить к образованию углерода (C) и кислорода (O).
- Эти тяжёлые элементы затем могут попасть в межзвёздное пространство, когда звезда теряет внешние слои или умирает — например, в виде планетарной туманности или сверхновой.
Наше Солнце тоже пройдёт через стадии, в ходе которых образуются углерод и кислород: в будущем, когда водород в ядре закончится, начнётся сжигание гелия, приводящее к синтезу этих элементов в глубине звезды.
Почему исследовали именно красных карликов
Красные карлики подходят для таких исследований по нескольким причинам:
- они очень распространены во Вселенной и вокруг Солнца;
- из-за длительной жизни их атмосферы аккумулируют следы химической эволюции;
- спектры таких звёзд можно измерить с достаточно высокой точностью, чтобы видеть редкие изотопы.
Работа исследователей исходила из спектральной базы данных, собранной для поиска экзопланет у ближайших звёзд. Анализ этих высокоразрешённых спектров позволил найти редкие изотопы углерода и кислорода, ранее не очевидные в стандартных измерениях.
Что показывают редкие изотопы
Наличие определённых изотопов углерода и кислорода в звёздных спектрах связано с деталями термоядерного синтеза и эволюции звезды от рождения до нынешнего состояния. Такие изотопы могут свидетельствовать, например, о:
- том, насколько активно шло сжигание гелия;
- каких процессов звёздной эволюции подвергалась звезда;
- когда и как химический материал был смешан внутри звезды перед его выбросом в межзвёздное пространство.
Сам факт обнаружения редких изотопов в ближайших красных карликах показывает, что эти элементы не только образуются в недрах звёзд, но и сохраняют следы своего происхождения на протяжении миллиардов лет — так, что их можно регистрировать даже в относительно тусклых звёздах.
Почему это важно для понимания Вселенной
Углерод и кислород — два из наиболее распространённых тяжёлых элементов во Вселенной:
- углерод — основа органической химии и биологии на Земле;
- кислород — ключевой элемент для минералов, атмосферы и водных соединений.
Понимание того, как и где эти элементы создаются и накапливаются в Галактике, имеет прямое отношение к вопросам:
- химической эволюции Млечного Пути;
- формирования новых звёздных систем;
- условий, которые предшествовали рождению планет, подобных Земле.
Кроме того, редкие изотопы могут использоваться в качестве «меток», позволяющих сравнивать разные поколения звёзд и определять вклад тех или иных звёзд в обогащение межзвёздной среды веществами, необходимыми для планет и потенциально жизни.
Связь со звёздным циклом жизни
Эволюция углерода и кислорода не сводится только к красным карликам. Более массивные звёзды, такие как будущие красные гиганты, пройдут те же стадии термоядерного синтеза, но с более яркими и быстрыми изменениями. Их конечные стадии приводят к сбросу внешних оболочек и образованию объектов вроде планетарных туманностей или белых карликов, богатых углеродом и кислородом.
Эти процессы означают, что химическая эволюция Вселенной — это не разовый акт, а непрерывный цикл «рождения» элементов в звёздах и их перераспределения в межзвёздное пространство.
Заключение
Изучение спектров ближайших красных карликов выявило редкие изотопы углерода и кислорода, подтверждающие, что даже небольшие и медленно эволюционирующие звёзды сохраняют и передают химические отпечатки своих процессов синтеза элементов. Эти результаты позволяют улучшить наше понимание звёздного нуклеосинтеза, химической эволюции Галактики и истории формирования элементов, которые в конечном итоге стали частью планет и живых организмов — включая Землю.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
