Mały, ale potężny: Astronomowie odkryli białego karła, który jest niezwykły pod wieloma względami. Przy promieniu 2140 kilometrów jest najmniejsza w swoim rodzaju – jest niewiele większa od Księżyca. Jednocześnie jednak jest silnie namagnesowany, a przy 1,35 mas Słońca jest prawdopodobnie największą masą każdego innego białego karła. Możliwe, że nawet zapadnie się w gwiazdę neutronową, donieśli naukowcy w czasopiśmie Nature.

Białe karły powstają, gdy gwiazda o małej masie osiąga koniec swojego cyklu życia. Również nasze Słońce Rozrośnie się w czerwonego olbrzyma za około siedem miliardów lat, a następnie zrzuci swój kadłub. Pozostaje świecące jądro – biały karzeł. Z biegiem czasu ochładza się to coraz bardziej, a w skrajnych przypadkach może się zdarzyć krystalizacja. Jeśli jest częścią podwójnego układu gwiezdnego, może również wyciągać materiał od swojego towarzysza, dopóki nie znajdzie się w Supernowa typu I Eksploduje.

Bardzo szybki i bardzo magnetyczny

Ale istnieje trzecia ścieżka, na co wskazuje biały karzeł ZTF J1901 + 1458, około 130 lat świetlnych stąd. Została odkryta przez astronomów współpracujących z Ilarią Caiazzo z Kalifornijskiego Instytutu Technologii podczas oceny danych z Zwicky Transit Facility w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Pierwszą rzeczą, jaką zauważyliśmy, było to, że te gwiezdne szczątki wirowały niezwykle szybko: jeden obrót zabrał tylko 6,94 minuty, podczas gdy większość innych białych karłów zajęło to kilka godzin.

Jeszcze bardziej zaskakujące jest jednak to, że analizy spektroskopowe jego światła wykazały, że biały karzeł ma niezwykle silne pole magnetyczne. „Jego pole magnetyczne sięga od 600 do 800 milionów gausów” – donoszą Kayatsu i współpracownicy. Oznacza to, że pozostałości gwiazd są namagnesowane miliard razy bardziej niż nasze Słońce. Ponadto, przy temperaturze powierzchni około 46 000 K, jest bardzo gorąco i według szacunków astronomów może osiągnąć od 20 do 30 milionów stopni w pomieszczeniach.

Najmniejszy i najcięższy w swoim rodzaju

Jak donoszą astronomowie, biały karzeł bije prawdziwy rekord pod względem wielkości i masy: o promieniu 2140 km jest najmniejszym znanym do tej pory białym karłem. Pozostałości gwiazd są nieco większe od ziemskiego księżyca. Ale ma to również konsekwencje dla jego masy: „Brzmi to paradoksalnie, ale mniejsze białe karły są większe niż większe białe karły” – wyjaśnia Kayazu. „Dzieje się tak, ponieważ białym karłom brakuje syntezy jądrowej, która stabilizuje normalne gwiazdy wbrew ich własnej grawitacji”.

To również kompresuje pobyty gwiazdy. Im mniejszy biały karzeł, tym mniej jest w stanie oprzeć się ściskającej sile grawitacyjnej i dlatego staje się coraz bardziej gęsty. W przypadku ZTF J1901+1458 Caiazzo i jej zespół określili masę od 1327 do 1365 mas Słońca. „To może być największy biały karzeł, jaki kiedykolwiek odkryto” – mówią. „Jego masa wynosi mniej niż 2% najwyższej możliwej masy białego karła”.

połączyła się z dwoma przodkami

Ale jak powstały te małe, ale ciężkie pozostałości gwiazd? Kiedy gwiazda osiąga ten etap swojego cyklu życia, zwykle kończy się jako biały karzeł, który jest większy i lżejszy. Astronomowie podejrzewają więc, że ZTF J1901 + 1458 jest produktem procesu łączenia, w którym dwa białe karły w układzie podwójnym gwiazd krążą blisko, a następnie zderzają się. Pierwsze wskazówki Astronomowie wykryli taką fuzję u innego białego karła już w 2020 roku.

W przypadku ZTF J1901+1458 „taniec śmierci” nadawałby mu silne pole magnetyczne i szybki spin, wyjaśniają Caiazzo i współpracownicy. Jeśli zostanie potwierdzony, pobliski biały karzeł byłby dobrym kandydatem do wyjaśnienia niektórych otwartych pytań dotyczących takich wydarzeń. „Na przykład nie wiemy jeszcze, jak wysokie jest tempo łączenia białych karłów i ile z nich kończy się w supernowej typu 1a” – wyjaśnia Kayazu. „Jak pole magnetyczne jest generowane podczas tych wydarzeń i dlaczego ich siła jest bardzo zróżnicowana, pozostaje niejasne”.

Czy biały karzeł zamieni się w gwiazdę neutronową?

Intrygujące jest również to, że „ekstrawaga” białego karła staje się gwiazdą neutronową – znacznie gęstszą pozostałością gwiazd, która zwykle pojawia się dopiero po supernowej masywnej gwiazdy. „ZTF J1901 + 1458 jest tak masywny i gęsty, że elektrony mogą zostać wychwycone przez protony w jego jądrze, co prowadzi do powstania neutronów” – wyjaśnia Kayazu. „Gdyby w ten sposób została połknięta duża liczba elektronów, jądro gwiazdy zapadłoby się”.

Rezultatem będzie gwiazda neutronowa. „Z polem magnetycznym o wartości 20 miliardów gausów i okresem wirowania wynoszącym 15 milisekund, ta młoda gwiazda neutronowa przypominałaby małego pulsara” – wyjaśniają astronomowie. Rodzi to intrygujące pytanie, czy wiele z tych szybkich gwiazd neutronowych i silnego magnetyzmu nie powstało z supernowej ciężkiej gwiazdy, ale z połączenia dwóch białych karłów – w końcu jest to ostatni etap dla ponad 90% wszystkie gwiazdy we wszechświecie.

Zespół badawczy ma nadzieję dowiedzieć się więcej na ten temat wkrótce. „Ośrodek tranzytowy Zwicky obecnie odkrywa wiele ciężkich białych karłów. To może pomóc nam lepiej zrozumieć pochodzenie i los tych obiektów” – powiedzieli astronomowie (Nature, 2021; doi: 10.1038/s41586-021-03615-y)

Quelle: WM Keck . Obserwatorium

2 lipca 2021

– Nadia Podebrigar