14.2 Изменение химического состава звёздного вещества

Лекция 14. Химическая эволюция звёздных населений

14.2 Изменение химического состава звёздного вещества

Хотя синтез элементов тяжелее гелия является вопросом астрофизики, для понимания эволюции Галактики напомним основные черты этого процесса. Космологическая теория объясняет только появление водорода, гелия и небольшого количества нескольких легких элементов. Химический состав вещества Вселенной в прошлом устанавливают путем спектроскопических исследований далеких галактик, а современное - по составу нашей и ближайших галактик. В частности, наблюдения далеких галактик дало отношение содержаний дейтерий/водород (2.6 ± 0.2)· 10^-5. В настоящее время в Галактике это отношение равно 1.6· 10^-5, что говорит об определенном изменении химического состава со временем. Исследования далеких галактик важны, так как они дают начальные условия для построения моделей химической эволюции Галактики. Хойл в 1946 году высказал идею, что существующие в настоящее время химические элементы образовались из водорода и гелия в реакциях нуклеосинтеза в недрах звёзд, и были затем выброшены в межзвёздное пространство при взрывах сверхновых звёзд. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвёздной среды вновь образовались звёзды и т.д. При этом часть созданных элементов остается законсервированными в звёздных остатках и маломассивных звездах и выключается из кругооборота.

Согласно современным представлениям, массивные сверхновые звёзды SNe II (M > 8M_¤) являются основными поставщиками в межзвёздную среду элементов α-захвата, r-процесса и небольшого количества элементов группы железа. Основная же масса элементов группы железа синтезируется при взрывах звезд меньших масс (M ≈ 2 ? 8 M_¤) как результат аккреции вещества на углеродно-кислородный белый карлик в тесных двойных системах, взрывающихся вследствие этого как SNe Ia. Обогащение межзвёздной среды α-элементами (O, Mg, Si, S, Са и Ti) происходит за более короткое время, чем железом, что обусловлено разницей во временах эволюции сверхновых типа II (≈ 20 млн. лет) и Ia (≈ 1 млрд. лет). Поскольку вклад SNe Ia в синтез элементов группы железа существенно больше, чем вклад в синтез α-элементов, то отношение [α/Fe] будет убывать в Галактике по мере обогащения межзвёздной среды остатками этих сверхновых. Таким образом, к тому моменту, когда величина [α/Fe] начнет уменьшаться, пройдет ≈ 1 млрд. лет после начальной вспышки звёздообразования. Поэтому более молодые звёзды имеют в среднем меньшее относительное содержание α-элементов. На рис. 14-1 приведена диаграмма [α/Fe] - [Fe/H] для генетически связанных с единым протогалактическим облаком (заполненные кружки) и аккрецированных (открытые кружки) звёзд поля из каталога Борковой и Марсакова (2005). Видно, что излом зависимости из-за наступления эпохи массовых вспышек SNe Ia (т.е. через ≈ 1 млрд. лет) и обогащения их выбросами межзвёздной среды в нашей Галактике находится в окрестности [Fe/H] ≈ -1.0. Горизонтальная штриховая линия приблизительно разделяет звёзды подсистем толстого и тонкого дисков - абсолютное большинство звёзд тонкого диска имеет [α/Fe] < 0.2 (плотное сгущение точек в правом нижнем квадранте диаграммы).

Часть тяжелых элементов (в основном α-элементы) образуется дополнительно в процессах медленного захвата нейтронов (s-процесс), реализуемых в атмосферах одиночных звёзд промежуточной массы (4 ? 8) M_¤, и выбрасываются затем в межзвёздную среду в результате постепенной потери ими оболочки.

Теория эволюции звёзд, в том числе теория взрывного нуклеосинтеза в массивных звездах, включающая горение углерода, кислорода и кремния, объяснила с достаточной точностью распространенность элементов в природе. При этом ясно, что в случае непрерывно продолжающегося процесса звёздообразования и межзвёздная среда, и вновь рожденные звёзды должны быть все более богаты тяжелыми элементами. В этом случае наблюдательные данные должны обнаруживать зависимость между возрастом и металличностью.

Важным вопросом является и то, как зависит темп обогащения вещества Галактики от свойств межзвёздной среды? Ответ на этот вопрос связан с возможностью найти по наблюдательным данным зависимость содержания тяжелых элементов от положения объектов в Галактике, прежде всего - градиенты химического состава в объектах диска и гало по радиусу Галактики.

Публикации с ключевыми словами: звездная астрономия Публикации со словами: звездная астрономия
См. также: Елене Вячеславовне Глушковой - 50 ! Конференция «Современная звездная астрономия - 2014» Конференция "Современная звездная астрономия" К 100-летию со дня рождения Петра Григорьевича Куликовского Лекции по Галактической Астрономии. 5–8 Лекции по Галактической Астрономии. 3–4 Лекции по Галактической Астрономии. 1–2 Все публикации на ту же тему >>