Kaksinaamainen valkoinen kääpiötähti jättää tähtitieteilijät ymmällään – Fysiikan maailma

Kaksinaamainen valkoinen kääpiötähti jättää tähtitieteilijät ymmällään – Fysiikan maailma

Aikaleima: 19. heinäkuuta 2023 klo 11

Tämän taiteilijan vaikutelma kaksinaamaisesta valkoisesta kääpiötähdestä näyttää tähden hehkuvana sinivalkoisena pallona, ​​jonka toinen puoli on tummempi ja rakeisempi kuin toinen.
Vety ja helium: Taiteilijan näkemys kaksinaamaisesta valkoisesta kääpiötähdestä. (Kohtelias: K Miller, Caltech/IPAC)

Nopeasti pyörivä valkoinen kääpiötähti, joka sisältää kaksi vastakkaista pallonpuoliskoa – toisen vedyn ja toisen heliumin peittämän – saa tähtitieteilijät raapimaan päätään, miten se joutui siihen. Tähti, joka sai lempinimeltään "Janus" kaksinaamaisen roomalaisen siirtymäajan jumalan mukaan, löydettiin Zwicky Transient Facility (ZTF) Palomarin observatoriossa Yhdysvalloissa, ja yksi mahdollinen selitys on, että se on seurausta kahden valkoisen kääpiön yhdistämisestä syntyneestä voimakkaasta mutta vinoon magneettikentästä.

Valkoiset kääpiöt ovat Auringon kaltaisten tähtien jäännöksiä, jotka ovat lopettaneet ydinreaktiot sisätiloissaan, puhaltaneet pois ulkokerroksistaan ​​ja kokeneet jäännösytimensä painovoiman supistumisen. Tuloksena olevat esineet ovat suunnilleen Maan kokoisia, mutta niiden massa on tähti.

Vaikka valkoiset kääpiöt syntyvät kuumina, ne jäähtyvät vähitellen ikääntyessään. Tämä jäähdytys vaikuttaa niiden rakenteeseen. Yli 35,000 35,000 K lämpötiloissa niiden pinnat peitetään vetykerroksella, joka ympäröi heliumin alakerroksen. Kun pinnan lämpötila jäähtyy 25,000 XNUMX–XNUMX XNUMX K (tarkka lämpötila riippuu tähden massasta), tämä heliumkerros alkaa konvektiota. Jos ylempi vetykerros on riittävän ohut, se voi haihtua pyörivässä heliumissa.

Noin 40 % valkoisista kääpiöistä on siirtynyt vetydominanssista heliumdominanssiin. Koska siirtymä tapahtuu tavallisesti muutamassa sekunnissa, kukaan ei ole koskaan nähnyt sitä tapahtuvan – ehkä ennen kuin nyt.

Jumissa siirtymävaiheessa?

Virallisesti ZTF J203349.8+322901.1 (luvut ovat sen oikeita nousu- ja deklinaatiokoordinaatteja taivaalla) ja yli 1300 valovuoden päässä sijaitseva Janusin valkoinen kääpiö kiinnitti Kalifornian teknologiainstituutin astrofyysikon huomion. Ilaria Caiazzo nopeiden kirkkauden muutosten vuoksi. Palomarin ja muiden laitosten tekemät lisähavainnot osoittivat, että tähti tekee yhden kierroksen 15 minuutin välein, jonka aikana sen kirkkaus vaihtelee maksimista, kun sen vedyllä peitetty kasvo on suunnattu Maata kohti, minimiin, kun näemme vastakkaisen pallonpuoliskon heliumin peitossa.

Kysymys kuuluu, miksi? "Olemme saaneet vihdoin kiinni valkoisen kääpiön siirtymävaiheessa", Caiazzo kertoo Fysiikan maailma. Itse asiassa Caiazzon tutkimusryhmän havaintojen perusteella Janus näyttää juuttuneen siirtymävaiheeseen. Toisella pallonpuoliskollaan heliumin konvektio näyttää kuluneen vedyn, mutta mystisesti samaa ei näytä tapahtuneen toisella. Kirjoittaminen sisään luonto, Ryhmä ehdottaa, että riittävän voimakas magneettikenttä poikkeama valkoisen kääpiön keskustasta voisi estää heliumin konvektiota toisella pallonpuoliskolla eikä toisella, mutta tämä selitys on alustava. Riittää, kun sanotaan, että kukaan ei ole koskaan ennen nähnyt kahden puolikkaan valkoista kääpiötä.

"Ei ole mallia, joka ennustaisi tämän", tiimin jäsen sanoo Pier-Emmanuel Treblay, tähtitieteilijä Warwickin yliopistossa Isossa-Britanniassa. "Kun astrofysiikassa jokin on sekaisin ja sitä on hienosäädettävä, ihmiset usein käyttävät magneettikenttiä, ja tämä on täydellinen esimerkki siitä."

Noin 20 % valkoisista kääpiöistä on magneettisia, ja joidenkin kentänvoimakkuus on jopa miljardi Gaussia. Vertailun vuoksi, Maan magneettikenttä on puoli Gaussia, kun taas magneettikentän voimakkuus Auringon pinnalla on noin yksi Gauss. Januksen osalta tiimi arvioi kentän olevan 1–1000 miljoonaa Gaussia. Mikä tahansa vahvempi, ja se vääristäisi tähden spektriviivoja.

"Janusille oletetaan, että siellä on magneettikenttä, koska olisi erittäin vaikea selittää näiden kahden kasvojen erilaista koostumusta muuten", Caiazzo sanoo. Hän kuitenkin lisää: "Emme vieläkään tiedä, miksi vain jotkut valkoiset kääpiöt ovat magneettisia ja mistä tämä valtava kenttävoimakkuuksien monimuotoisuus tulee."

Valkoisen kääpiön fuusio?

Januksen voimakas ja vino magneettikenttä, sen nopea pyörimisnopeus, suuri massa (1.20-1.27 auringon massaa) ja sen kaksipuolinen koostumus viittaavat kaikki varsin merkittävään valkoiseen kääpiöön. Tremblaylle tämä osoittaa, että muut tekijät voivat olla pelissä. "Tässä valkoisessa kääpiössä täytyy olla jotain erityistä magneettikentän lisäksi", hän sanoo.

Tremblay spekuloi, että Janus olisi voinut muodostua kahden valkoisen kääpiön sulautuessa – tapahtuma, joka olisi voinut luoda sisäisiä magneettisia dynamoita. "Nopea pyöriminen ja magneettikentän muodostuminen ja epäsymmetria, ne kaikki viittaavat binääriseen evoluutioon ja sulautumiseen", hän sanoo.

Tremblay suhtautuu myös skeptisesti siihen, että magneettikenttä on offset-dipoli. Valkoisten kääpiötähtien sisäistä magneettikentän rakennetta ei vielä ymmärretä hyvin, ja hänen mielestään offset-dipolin käyttäminen voisi piilottaa korkeamman asteen magneettikentän geometrian.

"Mielestäni se tarkoittaa, että magneettikenttä ei ehkä ole dipolaarinen", Tremblay sanoo. ”Sen sijaan se voi olla esimerkiksi kvadrupoli, jossa on neljä napaa. Se ei välttämättä tarkoita, että kenttä on poissa keskustasta."

Vaikutukset etäisyysmittauksiin

Kun valkoiset kääpiöt räjähtävät tyypin Ia supernovaina, niiden hyvin ymmärretty kirkkaus antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden käsitellä niitä tavallisina kynttilöinä – tärkeä työkalu kosmoksen etäisyyksien ja universumin laajenemisnopeuden mittaamiseen. Tähtitieteilijät eivät kuitenkaan ole vieläkään varmoja, kuinka monta Ia-tyypin supernovaa esiintyy, kun yksittäinen valkoinen kääpiö kerää liikaa ainetta tähdestä ja räjähtää, ja kuinka monta syntyy kahden valkoisen kääpiön sulautumisesta, jotka yhdessä ylittävät Chandrasekhar-massan. raja 1.44 auringon massaa ja räjähtää.

Jos Janus on todellakin kahden pienemmän valkoisen kääpiön sulautumisen tulos, löytämällä lisää esimerkkejä puoliksi siirtyneistä valkoisista kääpiöistä, tähtitieteilijät voivat rajoittaa tällaisten järjestelmien määrää ja sitä, kuinka paljon ne voisivat vaikuttaa tyypin Ia supernovapopulaatioon.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Fysiikan maailma