В созвездии Козерога есть одна весьма неприметная звёздочка. Её достаточно уверенно можно разглядеть невооружённым глазом. Находится она на расстоянии 386 световых лет от нас. Её официальное название – Дзета Козерога.
В 1897 году астроном Антония Мори установила, что эта звезда имеет в своём составе химический элемент барий. Этот факт сам по себе не является чем-то исключительным. Как и большинство других химических элементов, барий тоже вполне спокойно образуется в звёздах. Но не в ходе реакции термоядерного синтеза, посредством которого, например, водород превращается в гелий. А в ходе так называемого s-процесса.
Сложный процесс
Речь идёт о процессах, происходящих в звёздах, которые уже приближаются к концу своей жизни. Эти старые звезды уже израсходовали водород в своих ядрах. И начали сжигать гелий, который накопился в огромных количествах. Это делает звезду немного горячее. В результате этого процесса необходимые для синтеза температуры теперь достигаются и во внешних слоях звезды. А там ещё находится достаточно большое количество водорода. Этот процесс называется «горением оболочки».
Если и гелий в ядре заканчивается, то начинаются дальнейшие термоядерные процессы, использующие элементы, полученные при синтезе гелия. Происходит, например, синтез углерода или кислорода. Это делает звезду ещё более горячей. И гелий может вступать в реакцию синтеза уже во внешних слоях. А водород — фактически на поверхности. В итоге получается звезда, в каждом слое которой происходят различные реакции синтеза.
Для s-процесса характерно вот ещё что: в ходе многих из его реакций образуются нейтроны. Это электрически нейтральные компоненты атомного ядра. И они могут проникать в существующих в недрах звёзд условиях в атомные ядра. Если в атомном ядре накапливается слишком много нейтронов, оно становится нестабильным. И распадается. И при этом распаде могут возникать новые элементы. В том числе и барий. Который никогда не образуется в ходе обычных процессов ядерного синтеза.
Вроде всё ясно. Очевидно, что если Дзета Козерога содержит барий, то это должна быть достаточно крупная звезда в финальной стадии своей эволюции. И в её недрах должен происходить описанный нами s-процесс. Но если бы это было так, то нам не о чем было бы сегодня говорить.
Откуда барий, Дзета Козерога?
Дзета Козерога действительно крупная звезда. Однако она не принадлежит к категории тех звёзд, которые подошли достаточно близко к концу своей жизни. Не должен (по всем представлениям астрофизиков) там происходить никакой s-процесс. Слишком рано ещё для этого. И никакого бария там быть тоже не должно!
Но природе все равно, что там должно происходить по нашему мнению. И происходит то, что происходит. И когда мы наблюдаем что-то, чего, по нашему мнению, не должно быть, это просто означает, что мы ошиблись.
Американские астрономы Уильям Бидельман и Филип Кинан в 1951 году обнаружили, что Дзета Козерога не является уникальным случаем. В своей статье они представили целую группу звёзд, сравнительно богатых барием. Но при этом эволюционирующих не так, как нужно. Однако учёные не смогли объяснить, почему существуют все эти бариевые звезды. Требовалось больше данных. И они были собраны в последующие годы.
Но давайте снова вернёмся к Дзете Козерога. в 1980 году американский астроном немецкого происхождения Эрика Бем-Фитенсе обнаружила, что у этой звезды есть напарник. Это белый карлик примерно такой же массы, что и Солнце. Объекты вращаются вокруг общего центра масс с периодом 6,5 лет. В этом тоже нет ничего странного, вполне стандартная для космоса ситуация. Интересно не это. Интересно вот что: выяснилось, что абсолютно все бариевые звезды являются членами двойной звёздной системы. И очень часто второй её компонент является белым карликом. Таким же, как компаньон Дзеты Козерога. Совпадение? Не думаю.
Тайна бариевых запасов
Белый карлик — это звезда, которая уже закончила свою жизнь. В её недрах прекратились термоядерные процессы. Этот объект на последней стадии жизни выбросил свои внешние слои в космос. И осталось после этого только горячее и чрезвычайно плотное ядро.
Остаток погибшей звезды уже прошёл фазы выгорания оболочки и s-процесса. Это означает, что у него вполне была возможность производить такие элементы, как барий.
Ранее мы упоминали, что белый карлик выбросил свои внешние слои в космос. И если рядом находится ещё одна звезда, то часть выброшенного вещества вполне может быть ею захвачена. Таким образом получается, что все ещё активная молодая звезда захватывает те химические элементы, которых у неё ещё никак не может быть.
Таким образом бариевые звезды, такие как Дзета Козерога, делают себя старше, чем они есть на самом деле. И делают они это по той причине, что получают химические элементы от своего умирающего партнёра.
Трудно найти
Вовсе неудивительно, что учёные установили этот факт совсем не сразу. Прежде всего так произошло потому, что для подобного состояния звёздной системы нужны две звезды, которые не только находятся достаточно близко друг к другу, но и имеют определённую массу.
Одна из них должна быть настолько больше другой, что, во-первых, могла бы начать s-процесс намного раньше. А во-вторых – вообще была бы способна к производству таких процессов. Ведь далеко не все звезды эволюционируют таким образом.
К тому же период, в течение которого звезда производит такие элементы, как барий, довольно непродолжителен по сравнению с временем жизни звезды. И если вторая звезда живёт ненамного дольше первой, то никакого переноса не будет. В этом случае мы просто видим двух белых карликов, вращающихся вокруг друг друга.
Именно поэтому бариевые звезды так немногочисленны. И их трудно найти.
Однако те, что уже обнаружены и доступны для изучения, являются чрезвычайно полезными объектами для науки. Их исследования позволят узнать многое об эволюции отдельных звёзд и Млечного Пути в целом.
И еще много интересного
Имея достаточное количество данных, можно получить ещё больше интересной информации. Например, учёные установили, что в составе Дзета Козерога присутствует не только барий, но и ниобий. Он появился там, вероятнее всего, в результате процесса распада радиоактивного изотопа циркония. Который, в свою очередь, синтезировался в ходе s-процесса.
Учёные установили, сколько примерно ниобия имеется в Дзета Козерога сегодня. Скорость, с которой радиоактивный цирконий распадается на ниобий, тоже примерно известна. Используя эти данные можно приблизительно оценить, когда произошёл обмен материалом между двумя звёздами. Результат таков: Дзета Козерога стала бариевой звездой чуть более 3 миллионов лет назад. Это буквально вчера по астрономическим меркам!
Как здорово, что нам всё-таки удалось установить этот замечательный факт!