Несоответствия в составе звёзд шаровых скоплений, которые долгое время связывали с несколькими поколениями звёзд, могут быть частично обусловлены их магнитной активностью. Исследователи выяснили, что в процессе 11-летнего магнитного цикла спектр Солнца претерпевает изменения, создающие иллюзию уменьшения признаков углерода и увеличения признаков азота – явления, характерного для некоторых звёзд шаровых скоплений. При этом химический состав самого Солнца остаётся неизменным.

Шаровые скопления включают в себя сотни тысяч, а порой до миллиона очень старых звёзд. Изначально предполагалось, что все звёзды внутри одного такого скопления сформировались одновременно из единого газового облака и, следовательно, должны обладать практически идентичным первоначальным химическим составом. Однако наблюдения показали наличие нескольких групп звёзд, демонстрирующих различные спектральные характеристики лёгких элементов.

Ключевым признаком подобного разделения является обратная корреляция между молекулярными полосами CH и CN. Полоса CH служит индикатором содержания углерода, в то время как CN чувствительна к азоту. У звёзд, относящихся ко второй популяции, сигнал от CH обычно ослаблен, а сигнал от CN усилен, что интерпретируется как снижение концентрации углерода и повышение концентрации азота.

Группа исследователей под руководством Язана Момани из Астрономической обсерватории Падуи при Национальном институте астрофизики Италии решила выяснить, может ли подобная картина возникать у звёздного объекта без фактического изменения его состава. Для этого учёные проанализировали свет всего солнечного диска как единого неразличимого источника света, чтобы смоделировать, как выглядела бы далёкая звезда.

Для анализа специалисты применили модели реконструкции солнечного излучения SATIRE-S, которые охватывают полный 23-й цикл солнечной активности в период с августа 1996 года по декабрь 2008 года. В ходе исследования отслеживались колебания молекулярных линий CH и CN на различных этапах цикла. Дополнительная верификация проводилась путем сопоставления данных со спектрами Солнца, полученными с использованием спектрографа HARPS-N, установленного на Национальном телескопе Галилео.

Выяснилось, что изменения в интенсивности линий CH и CN происходят в противоположных направлениях по мере колебаний магнитной активности Солнца. При переходе от периода относительного спокойствия к более активному состоянию спектральный состав начинает демонстрировать характеристики, схожие со спектром звезды, содержащей меньше углерода и больше азота. Важно отметить, что это не указывает на изменение химического состава вещества, составляющего Солнце, а является результатом модификации формирования молекулярных линий в фотосфере под воздействием магнитных полей.

Значительную роль в этом процессе могут играть солнечные вспышки – яркие области на поверхности звезды, связанные с интенсивными магнитными полями. В периоды высокой активности они занимают существенную часть поверхности и оказывают влияние на температуру и физические условия в слоях атмосферы, где формируются спектральные линии. Это может приводить к тому, что интегральный спектр всей звезды будет создавать иллюзию иной химической композиции.

В качестве аналогии авторы исследования сопоставили полученные данные с наблюдениями за шаровым скоплением NGC 104, также известным как 47 Тукана. Данное скопление является объектом интенсивного изучения и содержит звёзды, классифицируемые по интенсивности линий CH и CN. Установленная для Солнца зависимость оказалась схожей с одним из основных спектроскопических признаков, применяемых для разделения этих групп звёзд.

Это позволяет предложить альтернативное объяснение части наблюдаемых различий. Звёзды с отличающимися спектральными характеристиками не обязательно должны обладать столь различным первоначальным химическим составом, как считалось ранее. Согласно гипотезе авторов, по крайней мере часть этих различий может быть обусловлена неодинаковой магнитной активностью и разной долей магнитно-активных областей на поверхности звёзд.

Проведенное исследование не опровергает концепцию множественных звёздных популяций в шаровых скоплениях. Ученые сосредоточились на проверке одного из ключевых признаков этой модели – обратной корреляции между CH и CN. В шаровых скоплениях наблюдаются и другие химические взаимосвязи, например, зависимость между кислородом и натрием, для которой аналогичный анализ на Солнце пока не был выполнен.

Для подтверждения выдвинутой гипотезы необходимы непосредственные измерения магнитной активности звёзд, относящихся к различным группам в шаровых скоплениях, а также детальный анализ других спектральных характеристик. В случае успешного подтверждения этой взаимосвязи, некоторые из давно известных «химических» различий между звёздами могут быть объяснены влиянием магнитных полей на их наблюдаемый спектр.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.