«Хаббл» нашел белый карлик аномального происхождения

В 128 световых годах от Земли найден космический уникум — сверхмассивный белый карлик, образовавшийся из двух звезд, а не как результат завершения эволюции отдельного светила.

Открытие, сделанное благодаря чувствительным ультрафиолетовым наблюдениям космического телескопа НАСА «Хаббл», описано в журнале Nature Astronomy. Оно дает основания предположить, что такие редкие белые карлики могут встречаться чаще, чем считалось ранее.

«Это открытие напоминает нам, что вещи могут быть не такими, какими кажутся на первый взгляд. До сих пор этот объект выглядел как обычный белый карлик, но ультрафиолетовые наблюдения "Хаббла" показали, что его история сильно отличается от наших первоначальных предположений», — сказал главный исследователь «Хаббла» Борис Гензике из Уорикского университета.

Белый карлик — это плотный объект размером с Землю, представляющий собой конечную стадию эволюции звезд, недостаточно массивных для взрыва сверхновой. Наше Солнце ждет такая судьба примерно через 5 миллиардов лет.

Теоретически масса белого карлика может достигать 1,4 солнечной (предел Чандрасекара), но объекты тяжелее Солнца встречаются редко. Они могут образовываться либо по вышеприведенному сценарию, либо при слиянии белого карлика с другой звездой, например, компаньоном в двойной системе.

Найдено и подтверждено семь таких массивных белых карликов. Все в одной группе, замеченной телескопом Gaia в 2019 году. Они голубее, чем ожидалось для их масс и возрастов. Шесть обнаружены по линиям углерода в их оптическом спектре, а седьмой — WD 0525+526 — впервые выявлен по ультрафиолетовому излучению.

Для его изучения использован спектрограф Cosmic Origins Spectrograph на борту «Хаббла». Масса этого белого карлика на 20% превышает солнечную. В видимом свете спектр его атмосферы вполне типичный, но ультрафиолетовые наблюдения «Хаббла» выявили нечто необычное — следы углерода.

Атмосферы обычных белых карликов состоят из водорода и гелия. В их ядрах есть углерод и кислород или кислород и неон, но толстая атмосфера не пропускает их спектральные линии. Присутствие углерода в спектре может указывать на более бурное происхождение, чем эволюция одиночной звезды: столкновение двух белых карликов или белого карлика с субгигантом. Такое событие может «сжечь» водородно-гелиевые атмосферы сталкивающихся звезд, оставив тонкий слой водорода и гелия вокруг остатка слияния, что позволяет углероду из ядра подняться в атмосферу и быть обнаруженным.

WD 0525+526 выделяется даже среди известных белых карликов — продуктов слияния. С температурой почти 21 000 кельвинов и массой 1,2 солнечных, он горячее и массивнее других подобных объектов.

Высокая температура WD 0525+526 поставила перед учеными загадку. У более холодных белых карликов — вроде шести ранее обнаруженных — конвекция может перемешивать углерод в тонкой водородно-гелиевой атмосфере. Однако WD 0525+526 слишком горяч для конвекции. Вместо этого куда более тонкий процесс полуконвекции выносит в атмосферу совсем немного углерода — примерно в 100 000 раз меньше, чем у других известных остатков слияния. Именно поэтому уточнить его происхождение удалось только в ультрафиолетовом диапазоне.

«Спектрограф Cosmic Origins Spectrograph на Hubble — единственный инструмент, способный получить данные ультрафиолетовой спектроскопии такого качества, которые позволили обнаружить углерод в атмосфере этого белого карлика», — подтвердила ведущий автор исследования Снехалата Саху из Уорикского университета.

Возможно, таких объектов, пока числящихся обычными белыми карликами, гораздо больше — до 10%, по некоторым оценкам, — это еще предстоит исследовать.

«Мы хотели бы расширить наши исследования, чтобы выяснить, насколько распространены углеродные белые карлики среди похожих объектов и сколько слияний скрывается среди "нормальных" белых карликов. Это важный вклад в понимание двойных систем белых карликов и путей к взрывам сверхновых», — резюмировал соавтор исследования Антуан Бедар из Уорикского университета.