Обнаружен белый карлик, живущий на краю

Тлеющий пепел, образовавшийся при слиянии двух менее массивных белых карликов, стал тяжелым, «заключая в себе массу, превышающую массу Солнца, в теле размером с Луну», - поясняет Илария Кайаццо, научный сотрудник в Калифорнийском технологическом институте и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature от 1 июля. «Это может показаться нелогичным, но белые карлики меньшего размера оказываются более массивными. Это связано с тем, что у белых карликов отсутствует ядерное горение, которое не позволяет нормальным звездам противостоять их гравитации, а их размер регулируется квантовой механикой».

Открытие было сделано компанией Zwicky Transient Facility (ZTF), работающей в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института; два гавайских телескопа - Обсерватория Кека на Маунакее и Pan-STARRS (Панорамный обзорный телескоп и система быстрого реагирования) Института астрономии Гавайского университета на Халеакале, Мауи, помогли охарактеризовать мертвую звезду вместе с 200-дюймовым телескопом Хейла в Паломаре, космической обсерватории Гайя в Европе и обсерватории Свифта НАСА.

Белые карлики - это разрушенные остатки звезд, которые когда-то были примерно в 8 раз больше массы Солнца. Наше Солнце, например, после превращения в красного гиганта примерно за 5 миллиардов лет, в конечном итоге сбросит внешние слои и сожмется в компактный белый карлик. Около 97% всех звезд становятся белыми карликами.

Наше Солнце находится в космосе в одиночестве, а многие звезды вращаются вокруг друг друга парами. Звезды стареют вместе, и если их масса меньше 8 солнечных масс, они обе превратятся в белых карликов.

Новое открытие представляет собой пример того, что может произойти после этого этапа. Пара белых карликов, которые вращаются друг вокруг друга, теряют энергию в виде гравитационных волн и в конечном итоге сливаются. Если мертвые звезды достаточно массивны, они взрываются, превращаясь в сверхновую типа Ia. Но если они ниже определенного порога массы, они объединяются в новый белый карлик, который тяжелее любой звезды-прародителя. Этот процесс слияния усиливает магнитное поле звезды и ускоряет ее вращение по сравнению с вращением ее предшественников.

Астрономы говорят, что недавно обнаруженный крошечный белый карлик, названный ZTF J1901+1458, пошел последним путем эволюции; его предки слились и создали белый карлик в 1,35 раза больше массы Солнца. Белый карлик имеет экстремальное магнитное поле, почти в 1 миллиард раз сильнее, чем у Солнца, и вращается вокруг оси с бешеной скоростью - один оборот каждые семь минут (самый энергичный из известных белых карликов, названный EPIC 228939929, вращается каждые 5,3 минуты).

«Мы поймали очень интересный объект, который недостаточно массивный, чтобы взорваться», - говорит Каяццо. «Мы действительно исследуем, насколько массивным может быть белый карлик».

Более того, ученые считают, что объединенный белый карлик может быть достаточно массивным, чтобы превратиться в богатую нейтронами мертвую звезду или нейтронную звезду, которая обычно образуется, когда звезда, намного более массивная, чем наше Солнце, взрывается в сверхновой.

«Это очень умозрительно, но вполне возможно, что белый карлик достаточно массивен, чтобы в дальнейшем коллапсировать в нейтронную звезду», - говорит Каяццо. «Она настолько массивна и плотна, что в ее ядре электроны захватываются протонами в ядрах, чтобы сформировать нейтроны. Поскольку давление электронов противодействует силе гравитации, сохраняя звезду нетронутой, ядро ??коллапсирует, когда достаточно большое количество электронов удаляются».

Если эта гипотеза нейтронного звездообразования верна, это может означать, что значительная часть других нейтронных звезд принимает форму именно таким образом. Близость нового обнаруженного объекта (около 130 световых лет от нас) и его молодой возраст (около 100 миллионов лет или меньше) указывают на то, что подобные объекты могут чаще встречаться в нашей галактике.

Намагниченный и быстрый

Белый карлик был впервые замечен Кевином Берджем, докторантом Калифорнийского технологического института, после просмотра изображений всего неба, сделанных ZTF. Этот конкретный белый карлик, при анализе в сочетании с данными Гайи, выделялся тем, что был очень массивным и имел быстрое вращение.

«До сих пор никому не удавалось систематически исследовать краткосрочные астрономические явления в таком масштабе. Результаты этих усилий ошеломляют», - говорит Бердж, который в 2019 году возглавил команду, обнаружившую пару белых карликов, прыгающих вокруг друг друга каждые семь минут.

Затем команда проанализировала спектр звезды с помощью спектрометра низкого разрешения (LRIS) обсерватории Кека, и именно тогда Кайаццо был поражен сигнатурами очень мощного магнитного поля и понял, что она и ее команда обнаружили что-то «очень особенное», как она говорит. Сила магнитного поля вместе с семиминутной скоростью вращения объекта указала, что это было результатом слияния двух небольших белых карликов в один.

Данные компании Swift, которая наблюдает за ультрафиолетовым светом, помогли определить размер и массу белого карлика. ZTF J1901 + 1458 с диаметром 2670 миль обеспечивает звание самого маленького известного белого карлика, опережая предыдущих рекордсменов RE J0317-853 и WD 1832 + 089, каждый из которых имеет диаметр около 3100 миль.

В будущем Кайаццо надеется использовать ZTF для поиска большего количества белых карликов и для изучения звезд в целом. «Есть так много вопросов, которые нужно решить, например, какова скорость слияния белых карликов в галактике, и достаточно ли этого, чтобы объяснить количество сверхновых типа Ia? Как магнитное поле генерируется в этих мощных событиях и почему есть такое разнообразие сил магнитных полей среди белых карликов? Обнаружение большой популяции белых карликов, рожденных в результате слияний, поможет нам ответить на все эти и многие другие вопросы».