Bintang kerdil putih bermuka dua membuat para astronom bingung – Dunia Fisika

Bintang kerdil putih bermuka dua membuat para astronom bingung – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 19 Juli 2023 11:00

Impresi bintang kerdil putih bermuka dua ini menunjukkan bintang tersebut sebagai bola biru-putih bercahaya, satu sisinya lebih gelap dan tampak lebih berbutir daripada sisi lainnya.
Hidrogen dan helium: Kesan seorang seniman tentang bintang kerdil putih bermuka dua. (Sumber: K Miller, Caltech/IPAC)

Sebuah bintang kerdil putih yang berotasi dengan cepat yang berisi dua belahan berlawanan – satu ditutupi oleh hidrogen dan yang lainnya oleh helium – membuat para astronom menggaruk-garuk kepala tentang bagaimana hal itu terjadi. Bintang, yang dijuluki "Janus" setelah dewa transisi Romawi bermuka dua, ditemukan oleh Fasilitas Transient Zwicky (ZTF) di Observatorium Palomar di AS, dan salah satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa ini adalah hasil dari medan magnet yang kuat namun miring yang dihasilkan oleh penggabungan dua katai putih.

Katai putih adalah sisa-sisa bintang mirip Matahari yang telah menghentikan reaksi nuklir di interiornya, menggembungkan lapisan luarnya, dan mengalami kontraksi gravitasi dari inti sisa mereka. Objek yang dihasilkan berukuran seukuran Bumi, tetapi dengan massa bintang.

Meskipun katai putih terlahir dalam keadaan panas, mereka berangsur-angsur menjadi dingin seiring bertambahnya usia. Pendinginan ini mempengaruhi struktur mereka. Pada suhu di atas 35,000 K, permukaannya ditutupi oleh lapisan hidrogen yang menyelubungi sub-lapisan helium. Setelah suhu permukaan mendingin hingga 35,000–25,000 K (suhu persisnya bergantung pada massa bintang), lapisan helium ini mulai mengalami konveksi. Jika lapisan hidrogen atas cukup tipis, ia dapat menghilang dalam helium yang bergolak.

Sekitar 40% katai putih telah melakukan transisi ini dari dominasi hidrogen ke dominasi helium. Namun, karena transisi biasanya terjadi dalam hitungan detik, tidak ada yang pernah melihatnya terjadi – sampai, mungkin, sekarang.

Terjebak dalam transisi?

Secara resmi ditunjuk ZTF J203349.8+322901.1 (angkanya adalah koordinat kenaikan dan deklinasi kanannya di langit) dan terletak lebih dari 1300 tahun cahaya, katai putih Janus menarik perhatian astrofisikawan Institut Teknologi California Ilaria Caiazzo karena perubahan kecerahannya yang cepat. Pengamatan tambahan oleh Palomar dan fasilitas lainnya menunjukkan bahwa bintang tersebut menyelesaikan satu rotasi setiap 15 menit, di mana kecerahannya bervariasi dari maksimum saat permukaannya yang tertutup hidrogen mengarah ke Bumi, hingga minimum saat kita melihat belahan bumi yang berseberangan tertutup helium.

Pertanyaannya adalah, mengapa? “Kita mungkin akhirnya menangkap katai putih yang sedang bertransisi,” kata Caiazzo Dunia Fisika. Padahal, berdasarkan temuan tim yang dibentuk Caiazzo untuk menyelidiki penemuan tersebut, Janus sepertinya terjebak dalam masa transisi. Di salah satu belahannya, konveksi helium tampaknya telah menghabiskan hidrogen, tetapi secara misterius hal yang sama tampaknya tidak terjadi di belahan lainnya. Menulis di Alam, tim menyarankan bahwa medan magnet yang cukup kuat diimbangi dari pusat katai putih dapat menghambat konveksi helium di satu belahan dan bukan di belahan lainnya, tetapi penjelasan ini masih tentatif. Cukup untuk mengatakan, tidak ada yang pernah melihat katai putih dua bagian sebelumnya.

“Tidak ada model yang memprediksi hal ini,” kata anggota tim Pier-Emmanuel Treblay, seorang astronom di University of Warwick, Inggris. "Dalam astrofisika, ketika ada sesuatu yang kacau dan perlu disetel dengan halus, orang sering menggunakan medan magnet, dan ini adalah contoh sempurna untuk itu."

Sekitar 20% katai putih bersifat magnetis, dan beberapa memiliki kekuatan medan hingga 1 miliar Gauss. Sebagai perbandingan, medan magnet Bumi adalah setengah Gauss, sedangkan kekuatan medan magnet di permukaan Matahari sekitar satu Gauss. Untuk Janus, tim memperkirakan lapangan harus 1000–1 juta Gauss. Lebih kuat lagi, dan itu akan mendistorsi garis spektral bintang.

“Untuk Janus, kami berasumsi bahwa ada medan magnet karena akan sangat sulit untuk menjelaskan perbedaan komposisi pada kedua sisinya,” kata Caiazzo. Namun, dia menambahkan, "Kami masih tidak tahu mengapa hanya beberapa katai putih yang bersifat magnetis dan dari mana keragaman yang sangat besar dalam kekuatan medan ini berasal."

Penggabungan white-dwarf?

Medan magnet Janus yang kuat dan miring, laju rotasinya yang cepat, massanya yang tinggi (antara 1.20 dan 1.27 kali massa matahari) dan komposisi bermuka duanya semuanya mengarah pada katai putih yang cukup luar biasa. Untuk Tremblay, ini menunjukkan bahwa faktor lain mungkin berperan. “Pasti ada sesuatu yang istimewa tentang katai putih ini selain medan magnetnya,” katanya.

Tremblay berspekulasi bahwa Janus dapat terbentuk melalui penggabungan dua katai putih – sebuah peristiwa yang dapat menciptakan dinamo magnet internal. “Rotasi cepat, dan pembangkitan medan magnet serta asimetri, semuanya mengarah pada evolusi biner dan penggabungan,” katanya.

Tremblay juga skeptis tentang medan magnet yang menjadi dipol offset. Struktur medan magnet internal bintang kerdil putih belum dipahami dengan baik, dan dalam pandangannya, menggunakan dipol offset dapat menyembunyikan geometri medan magnet tingkat tinggi.

“Menurut pendapat saya, itu berarti medan magnetnya mungkin tidak dipolar,” kata Tremblay. “Sebaliknya mungkin quadrupole, dengan empat tiang, misalnya. Itu tidak berarti bahwa lapangan diimbangi dari pusat.

Implikasi untuk pengukuran jarak

Ketika katai putih meledak sebagai supernova tipe Ia, kecerahannya yang dipahami dengan baik memungkinkan para astronom memperlakukannya sebagai lilin standar – alat penting untuk mengukur jarak melintasi kosmos dan laju ekspansi alam semesta. Namun, para astronom masih belum yakin berapa banyak supernova tipe Ia yang terjadi ketika satu katai putih menyerap terlalu banyak materi dari bintang pendamping dan meledak, dan berapa banyak yang terjadi akibat penggabungan dua katai putih yang, jika digabungkan, melebihi massa Chandrasekhar. batas 1.44 massa matahari dan meledak.

Jika Janus memang merupakan produk dari penggabungan dua katai putih yang lebih kecil, menemukan lebih banyak contoh katai putih setengah transisi akan memungkinkan para astronom untuk membatasi jumlah sistem tersebut dan seberapa besar kontribusinya terhadap populasi supernova tipe Ia.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika