Звезды состоят в основном из водорода и гелия, но они также содержат следовые количества других элементов, таких как углерод, кислород, железо и даже более экзотические вещества. Тщательно измеряя длины волн (цвета) света, исходящего от звезды, астрономы могут определить, насколько распространен каждый из этих микроэлементов. Для любых двух случайно выбранных звезд содержание их микроэлементов будет немного отличаться: одна звезда может иметь немного больше железа, другая — немного больше углерода и т. Д.
Однако астрономам уже более десяти лет известно, что любые две звезды в одном и том же гравитационно связанном звездном скоплении всегда показывают одинаковое содержание. «Структура изобилия похожа на отпечаток ДНК, где все члены семьи имеют общий набор генов», — сказал Марк Крумхольц, доцент астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус (UCSC).Возможность измерить этот «отпечаток пальца» потенциально очень полезна, потому что звездные семьи обычно не держатся вместе.
Большинство звезд рождаются членами звездного скопления, но со временем они расходятся и мигрируют по галактике. Однако их изобилие устанавливается при рождении. Таким образом, астрономы давно задавались вопросом, можно ли сказать, родились ли две звезды, которые сейчас находятся на противоположных сторонах галактики, миллиарды лет назад из одного и того же гигантского молекулярного облака.
На самом деле, они также задавались вопросом, возможно ли даже найти давно потерянных братьев и сестер нашего собственного Солнца?Только одна большая проблема: «Хотя звезды, которые сегодня являются частью одного и того же долгоживущего звездного скопления, химически идентичны, у нас не было веских оснований полагать, что такое семейное сходство будет справедливо для звезд, которые родились вместе, но затем немедленно рассеялись», объяснил Крумхольц. «Основная проблема заключалась в том, что мы действительно не знали, почему звезды химически однородны».
Например, в облаке, где звезды формируются быстро, могло ли облако не успеть полностью гомогенизироваться, что привело к появлению звезд, рожденных в одно и то же время, но неоднородных по химическому составу? «Без реального понимания физического механизма, обеспечивающего единообразие, все было в лучшем случае спекуляцией», — добавил он.Удивительное насилиеИтак, Крумхольц и его аспирант Йи Фэн обратились к суперкомпьютеру Hyades UCSC, чтобы запустить симуляцию гидродинамики.
Они смоделировали два потока межзвездного газа, которые объединились, чтобы сформировать облако, которое за несколько миллионов лет схлопнулось под действием собственной гравитации и образовало скопление звезд. «Мы добавили индикаторные красители к двум потокам при моделировании, что позволило нам наблюдать, как газ смешивается во время этого процесса», — рассказал Крумхольц. Они добавили красную краску в один поток и синий краситель в другой, но к тому времени, когда облако начало сжиматься и образовывать звезды, все стало пурпурным — и получившиеся звезды тоже стали фиолетовыми. «Мы обнаружили, что, когда потоки сошлись вместе, они стали чрезвычайно турбулентными, и турбулентность очень эффективно смешала вместе индикаторные красители», — сказал он.
«Моделирование точно показало, почему звезды, рожденные вместе, в конечном итоге имеют одинаковое содержание микроэлементов: когда образующее их облако собирается, оно очень быстро тщательно перемешивается», — сказал Крумхольц. «Это было на самом деле сюрпризом: я не ожидал, что турбулентность будет такой сильной, как она есть, и поэтому я не ожидал, что смешивание будет таким быстрым или эффективным. Я думал, что мы получим несколько синих звезд и несколько красных звезды, вместо того, чтобы получить все фиолетовые звезды ".В других прогонах моделирования Крумхольц и Фенг наблюдали, что даже облака, которые не превращают большую часть своего газа в звезды — в отличие от родительского облака Солнца, вероятно, этого не делали — по-прежнему создают звезды с почти идентичным содержанием. «Мы предоставили недостающее физическое объяснение того, как и почему работает химическое перемешивание, и убедительно показали, что процесс химического перемешивания является очень общим и быстрым даже в среде, которая не дает звездных скоплений, таких как та, где Солнце должно иметь ", — сказал Крумхольц.
Это открытие ставит идею химического мечения на более прочную основу. «Это хорошая новость для перспектив поиска давно потерянных братьев и сестер Солнца», — заявил Крумхольц.