Збагачені альфа-елементами зорі з аномальним віком — зорі в Чумацькому Шляху, які демонструють підвищений вміст α-елементів відносно заліза , що є типовою ознакою старих зір, але натомість мають аномально молодий вік. Це явище обговорюється в контексті галактичної археології та ставить під сумнів прості інтерпретації співвідношення віку та хімії зір в галактичному диску.

Видимі аномалії віку спостерігають як у зір на пізніх стадіях еволюції (передусім зір гілки червоних гігантів з оцінками віку за допомогою астросейсмології), так і в зір на більш ранніх еволюційних стадіях (карликах і субгігантах, де додаткові оцінки віку можна отримати з вмісту літію та з обертання зорі).

Центральне питання полягає в тому, чи є такі зорі справді молодими об'єктами, що сформувалися зі збагаченого α-елементами газу, чи їхні низькі оцінки віку зумовлені нестандартними процесами зоряної еволюції або життя в тісних подвійних системах (такими як передача маси або злиття), які змушують старі зорі виглядати молодшими (так зване «омолодження»).

Передумови У диску Чумацького Шляху підвищений вміст традиційно тлумачать як ознаку раннього зореутворення, коли хімічне збагачення визначалося вибухами наднових із колапсом ядра, натомість наднових типу Ia ще не встигли збагатити міжзоряну речовину елементами залізного піку.

Цю парадигму підтверджують спектроскопічні дослідження високої роздільної здатності найближчих зір із добре визначеним віком, які демонструють сильну кореляцію між підвищеним вмістом та великим віком зір. Відповідно, відкриття збагачених α-елементами зір з, як здається, малим віком спонукало до перегляду методів оцінки віку і припущень щодо еволюції зір.

Спостережне визначення

Червоні гіганти Перші широко обговорювані приклади збагачених α-елементами зір із малими оцінками віку виявили серед червоних гігантів, спостережуваних за програмами CoRoT та APOGEE, використовуючи астеросейсмологію для визначення мас і віку зір. Подальші великі спектроскопічні огляди у поєднанні з даними астросейсмології (наприклад, APOKASC, K2 та вибірки на основі Gaia) підтвердили існування популяції, яку зазвичай називають молодими α-збагаченими гігантами ().

Карлики та субгіганти Збагачені α-елементами зорі з індикаторами малого віку також виявлено серед карликів і субгігантів, де вік вдається додатково обмежити за допомогою даних про вміст літію та про обертання зорі.

У зорях на ранніх стадіях еволюції вміст літію та обертання забезпечують незалежні оцінки віку й еволюційної історії, які здебільшого недоступні для вибірок червоних гігантів через вичерпання літію та сповільнення обертання на пізніх стадіях еволюції зорі.

Серед карликів із екстремальними значеннями низка зір демонструє вміст літію, порівнянний із молодими зорями тонкого диска з низьким за подібних ефективних температур, поверхневих гравітацій і металічностей, що суперечить сценаріям злиття або перенесення маси.

Кінематичні властивості зір, отримані з астрометрії Gaia, показують, що багато таких об'єктів мають відносно малі ексцентриситети орбіт і невеликі вертикальні відхилення, що узгоджується з популяцією тонкого диска, а не з динамічно гарячішими збагаченими α-елементами популяціями, які традиційно пов'язують зі старими зорями.

Додаткові обмеження, отримані з аналізу обертання зір і ретельнішого відбору щодо тісних подвійних систем, ще більше підсилюють аргументи на користь того, що невелика частка збагачених α-елементами карликів є справді молодими, водночас підкреслюючи, що в ширшій популяції збагачених α-елементами зір із аномальними індикаторами віку, ймовірно, співіснують кілька еволюційних каналів.

Визначення віку Оцінки віку польових зір базуються на кількох методах, кожен із яких спирається на різні фізичні припущення та має власні систематичні похибки.

Вік за ізохронами й масою Для зір на пізніх стадіях еволюції маси, визначені зі спектроскопії або астросейсмології, часто використовують для визначення віку за допомогою моделей зоряної еволюції. Будь-які процеси, що змінюють масу зорі після її утворення — зокрема акреція або злиття, — можуть зміщувати такі оцінки віку в бік молодших значень.

Астросейсмологія Астеросейсмологічні оцінки віку, отримані з частот коливань і густини зорі, забезпечують точні визначення мас для червоних гігантів. Однак, оскільки ці віки безпосередньо залежать від маси, вони особливо чутливі до перенесення маси в подвійних системах і до злиттів, які можуть збільшувати масу зорі без відображення її реального віку.

Літій і обертання Для зір на ранніх стадіях еволюції вміст літію та швидкість обертання дають взаємодоповнювальні індикатори віку. Літій легко руйнується під час злиттів зір і подій передачі маси, тому його наявність у карликів із підвищеним вмістом α-елементів накладає суттєві обмеження на деякі сценарії омолодження. Обертання зорі, інтерпретоване за допомогою , також допомагає відрізняти молоді зорі від продуктів еволюції подвійних систем, що набули швидшого обертання, хоча припливні взаємодії в тісних подвійних системах можуть спотворювати ці оцінки.

Кінематика як індикатор віку популяції Кінематику зір часто використовують як статистичний індикатор віку в галактичній археології, оскільки старіші зоряні популяції зазвичай мають більші дисперсії швидкостей, вищі ексцентриситети орбіт і значніші відхилення від площини Галактики. Хоча кінематика не дає точних оцінок віку для окремих зір, вона забезпечує цінні обмеження на рівні популяцій щодо віків зір і еволюції Галактики.

У дослідженнях зір із підвищеним вмістом α-елементів та аномальними індикаторами віку кінематичний аналіз показав, що багато молодих збагачених α-елементами гігантів займають області фазового простору, подібні до старих збагачених α-елементами популяцій (товстого диска), а не до зір тонкого диска з низьким вмістом α-елементів із порівнянним оціненим віком.

Натомість деякі карлики з підвищеним вмістом α-елементів, відібрані за вмістом літію та обертанням, демонструють кінематику, більш узгоджену з популяціями тонкого диска, що підкреслює можливі відмінності між вибірками карликів і гігантів і вказує на співіснування кількох шляхів формування.

Запропоновані пояснення Для пояснення збагачених α-елементами зір з аномальними віками запропоновано кілька взаємно не виключних сценаріїв.

Перенесення маси в подвійних системах Взаємодія в подвійних системах, зокрема перенесення маси від компонента на пізній стадії еволюції, може збільшувати масу зорі та змінювати її поверхневий хімічний склад. Спостережувані підвищення вмісту елементів s-процесу та відхилення у поширеностях елементів, пов'язаних із C/N, у частини молодих збагачених α-елементами гігантів інтерпретують як ознаки таких процесів.

Злиття зір й омолодження Злиття зір може утворювати об'єкти з більшою масою, для яких оцінений вік виявляється штучно заниженим. Цей механізм часто розглядають як пояснення молодих збагачених α-елементами гігантів, чия кінематика та хімічні властивості подібні до старих збагачених α-елементами зоряних популяцій, аналогічно до блакитних бродяг у зоряних скупченнях.

Дійсно молоді збагачені α-елементами зорі Альтернативне тлумачення полягає в тому, що частина збагачених α-елементами зір є справді молодими і сформувалася зі збагаченого α-елементами газу за специфічних умов у Галактиці. Підтвердження цього сценарію отримано насамперед для карликів на основі вмісту літію, обертання та кінематики, які важко узгодити в усіх випадках зі сценаріями злиття або перенесення маси.

Див. також

Альфа-процес

Посилання