Ученые обнаружили удивительное явление: двуликий белый карлик

Июл 23, 2023 Леонид Гляделов

За свои исключительные характеристики это небесное тело было названо Янусом — в честь двуликого бога древнеримской мифологии.

Наблюдения за далекими сильно намагниченными белыми карликами позволили обнаружить звезду с беспрецедентным составом. Впервые исследователи обнаружили в космосе объект, одна сторона которого состоит в основном из водорода, а другая — из гелия. Об этом открытии сообщается в журнале Nature. Белый карлик находится на расстоянии более 1 000 световых лет от Земли.

Компактные объекты, имеющие массу, близкую к массе Солнца, и радиус, сравнимый с земным (6371 км), называются белыми карликами. Эти небесные тела образуются на поздних стадиях эволюции звезд, масса которых не превышает 8–10 масс Солнца. Со временем эти легкие светила «стареют» и превращаются в красные гиганты. По мере того как в красных гигантах уменьшается количество топлива для термоядерных реакций, их внешние слои начинают расширяться, а ядра сжиматься. В конце концов, внешние слои превращаются в планетарную туманность, а само ядро — в белый карлик. Поскольку энергии, выделяемой в результате термоядерных реакций, больше нет, эти тела перестают считаться звездами. Белые карлики из-за своих малых размеров и отсутствия внутренних источников тепла остывают очень медленно, поэтому они излучают относительно мало энергии.

Большинство белых карликов состоит из углерода, водорода, кислорода, гелия, магния и неона. В зависимости от массы некоторые из них могут содержать небольшое количество более тяжелых элементов. Под действием гравитационных сил легкие элементы, такие как водород и гелий, поднимаются в атмосферу, а более тяжелые падают в сторону ядра (состоящего из O, Ne и Mg).

Недавно американские астрономы из Калифорнийского технологического института перевернули прежние представления об атмосфере белых карликов, обнаружив один из них с уникальным составом. Температура этого карлика при охлаждении опускается до 30 тыс. кельвинов, в результате чего его слои расширяются и смешиваются друг с другом. Такое смешение водорода и гелия приводит к неоднородному химическому составу этих небесных тел.

Астрономы, используя возможности системы Zwicky Transient Facility (ZTF), подключенной к телескопу Samuel Oschin Telescope (Samuel Oschin Telescope) в Паломарской обсерватории, исследовали группу сильно намагниченных белых карликов. В ходе этих исследований был замечен один необычный объект, идентифицированный как ZTF J203349.8+322901.1, который демонстрирует необычное изменение яркости по сравнению со своими аналогами.

Исследователи запросили дополнительные наблюдения объекта ZTF J203349.8+322901.1, чтобы выяснить его химический состав. Данные спектрометра, полученные с обсерватории Keck, показали, что внешние слои космического тела не сливаются друг с другом: с одной стороны обнаружен водород, а с другой — гелий, что нехарактерно для небесных объектов такого типа.

Белый карлик получил прозвище Януса — двуликого римского божества. Исследователи пока не могут объяснить, почему его атмосфера ведет себя подобным образом, но есть несколько предположений. Одно из них заключается в том, что магнитные поля могут препятствовать объединению газов из обоих полушарий белого карлика.

Илария Кайаццо, исследователь из Калифорнийского технологического института, выяснила, что магнитные поля, вращающиеся вокруг небесных тел, обычно однобоки или могут быть более мощными на одной стороне атмосферы. Если это так, то это может нарушить процесс смешивания газов и привести к их неравномерному распределению. Это привело бы к тому, что в слое преобладал бы водород — самый легкий элемент.

Для того чтобы разгадать загадку «двухголового» Януса, американские исследователи должны изучить множество аналогичных белых карликов. Используя установку Zwicky Transient Facility, они будут искать эти звезды.

Предполагается, что Янус является наиболее ярким примером сильно намагниченных белых карликов. Предполагается, что эти объекты могут дать представление о путях эволюции таких звезд в будущем.