Виявлено білий карлик, який настільки масивний, що може колапсувати

Астрономи виявили найменший та наймасивніший білий карлик з коли-небудь виявлених.

Про це розповідають в Обсерваторії Кека.

Напівзотлілий шлак, який утворився при злитті двох менш масивних білих карликів, є важким, "з масою, більшою за масу нашого Сонця, у тілі, розміром із наш Місяць", - каже Іларія Кайаццо, постдокторант-науковий співробітник з теоретичної астрофізики в Калтех та провідний автор нового дослідження, яке виходить у випуску журналу Nature за 1 липня.

"Це може здатися не інтуїтивним, але менші білі карлики бувають більш масивними. Це пов’язано з тим, що білим карликам не вистачає ядерного горіння, яке утримує нормальні зорі від власної гравітації, і їх розмір замість цього регулюється квантовою механікою."

Відкриття було зроблено за допомогою Установки транзитних об′єктів Цвікі (ZTF), яка працює в Паломарській обсерваторії Калтех; два гавайські телескопи – Обсерваторія Кека на горі Маунакеа на острові Гаваї та Pan-STARRS (Телескоп панорамного огляду та Система швидкого реагування) Інституту астрономії Гавайського університету на Галеакалі на острові Мауї – допомогли схарактеризувати мертву зірку разом із 200-дюймовим телескопом Хейла в Паломарі, європейською космічною обсерваторією Gaia та обсерваторією НАСА Swift.

Білі карлики – це залишки сколапсованих зірок, які колись були приблизно у вісім разів більшими маси нашого Сонця або меншими. Наше Сонце, наприклад, після того, як приблизно через 5 мільярдів років роздується до червоного гіганта, врешті-решт скине свої зовнішні шари й зменшиться до компактного білого карлика. Близько 97 відсотків усіх зірок стають білими карликами.

У той час, як наше Сонце самотнє у космосі без зоряного партнера, багато зірок обертаються навколо одна одної парами. Зірки старіють разом, і якщо їм обом менше як вісім сонячних мас, вони обидві переростуть у білих карликів.

Нове відкриття дає приклад того, що може статися після цієї фази. Пара білих карликів, які спірально обертаються навколо один одного, втрачають енергію у вигляді гравітаційних хвиль і в підсумку зливаються. Якщо мертві зорі досить масивні, вони вибухають у так званий надновій типу Ia. Але якщо вони нижче певного порогу маси, вони поєднуються в новий білий карлик, який важчий за будь-яку зірку-попередник. Цей процес злиття посилює магнітне поле цієї зірки й прискорює її обертання у порівнянні з попередниками.

Астрономи кажуть, що нещодавно знайдений крихітний білий карлик, названий ZTF J1901+1458, пішов останнім шляхом еволюції; його родоначальники злилися і створили білий карлик, що в 1,35 раза перевищує масу нашого Сонця. Білий карлик має надзвичайне магнітне поле, майже в 1 мільярд разів сильніше нашого Сонця, і кружляє навколо своєї осі з шаленим темпом – один оберт кожні сім хвилин (найшвидший із відомих білий карлик з назвою EPIC 228939929 обертається кожні 5,3 хвилини).

"Ми вловили цей дуже цікавий об′єкт, який був недостатньо масивним, щоб вибухнути", - каже Каяццо. "Ми дійсно досліджуємо, наскільки масивним може бути білий карлик".

Щобільше, Каяццо та її співробітники вважають, що білий карлик після злиття може бути досить масивним, щоб еволюціонувати на багату на нейтрони мертву зорю (нейтронну зорю), яка зазвичай утворюється, коли зоря, набагато масивніша за наше Сонце, вибухає у надновій.

"Це вкрай спекулятивно, але цілком можливо, що білий карлик досить масивний, щоб надалі колапсувати в нейтронну зорю", - говорить Каяццо. "Він настільки масивний і щільний, що в його осерді електрони захоплюються протонами в ядрах, утворюючи нейтрони. Оскільки тиск електронів протидіє силі гравітації, зберігаючи зірку цілою, ядро руйнується, коли видаляється досить велика кількість електронів."

Якщо ця гіпотеза утворення нейтронних зір є правильною, це може означати, що значна частина інших нейтронних зір формується таким чином. Близькість виявленого об’єкта (приблизно 130 світлових років) та його молодий вік (близько 100 мільйонів років або менше) свідчать про те, що подібні об’єкти можуть набагато частіше зустрічатися у нашій галактиці.

Магнітний і швидкий

Вперше білий карлик був помічений колегою Кайаццо Кевіном Берджем, постдокторантом у Калтех, після пошуку серед знімків неба, зроблених ZTF. Цей конкретний білий карлик, проаналізований разом з даними Gaia, виділявся тим, що був дуже масивним та мав швидке обертання.

"Дотепер нікому систематично не вдавалося досліджувати короткочасні астрономічні явища у таких масштабах. Результати цих зусиль приголомшливі", - каже Бердж, який у 2019 році керував командою, яка виявила пару білих карликів, що проносилися один біля одного кожні сім хвилин.

Потім команда проаналізувала спектр зорі за допомогою спектрометра LRIS Обсерваторії Кека, і саме тоді Каяццо була вражена сигнатурами дуже потужного магнітного поля і зрозуміла, що вона та її команда знайшли щось "дуже особливе”, як вона каже. Сила магнітного поля разом із семихвилинною швидкістю обертання об′єкта вказували на те, що він був результатом злиття двох менших білих карликів в один.

Дані Свіфта, який спостерігає ультрафіолетове світло, допомогли визначити розмір і масу білого карлика. Діаметром 4300 км, ZTF J1901+1458 отримав титул найменшого з відомих білих карликів, вибивши попередніх рекордсменів, RE J0317-853 та WD 1832+089, діаметр кожного з яких становить 5000 км.

У майбутньому Каяццо сподівається використовувати ZTF для пошуку більшої кількості білих карликів, подібних до цього, і, загалом, для вивчення популяції в цілому. “Є стільки питань, до яких потрібно звернутись, наприклад, яка швидкість злиття білих карликів у галактиці, і чи достатньо її для пояснення кількості наднових типу Ia? Як генерується магнітне поле в цих потужних подіях, і чому існує така різноманітність в силі магнітного поля серед білих карликів? Виявлення великої популяції білих карликів, народжених в результаті злиття, допоможе нам відповісти на всі ці питання та багато інших".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.