La stella nana bianca a due facce lascia perplessi gli astronomi – Physics World

Una stella nana bianca in rapida rotazione che contiene due emisferi opposti – uno coperto da idrogeno e l’altro da elio – fa sì che gli astronomi si grattino la testa su come sia arrivata in quel modo. La stella, soprannominata “Giano” in onore del dio romano bifronte della transizione, fu scoperta dal Struttura transitoria di Zwicky (ZTF) presso l'Osservatorio Palomar negli Stati Uniti, e una possibile spiegazione è che sia il risultato di un campo magnetico forte ma sbilanciato generato dalla fusione di due nane bianche.

Le nane bianche sono i resti di stelle simili al Sole che hanno cessato le reazioni nucleari al loro interno, si sono gonfiati dai loro strati esterni e hanno sperimentato la contrazione gravitazionale dei loro nuclei rimanenti. Gli oggetti risultanti hanno all'incirca le dimensioni della Terra, ma con la massa di una stella.

Sebbene le nane bianche nascano calde, si raffreddano gradualmente man mano che invecchiano. Questo raffreddamento influisce sulla loro struttura. A temperature superiori a 35,000 K la loro superficie è ricoperta da uno strato di idrogeno che avvolge un sottostrato di elio. Una volta che la temperatura superficiale si raffredda fino a 35,000–25,000 K (la temperatura esatta dipende dalla massa della stella), questo strato di elio inizia a convettare. Se lo strato superiore di idrogeno è sufficientemente sottile, può dissiparsi nell'elio in ribollimento.

Circa il 40% delle nane bianche ha effettuato questa transizione dalla dominanza dell’idrogeno alla dominanza dell’elio. Tuttavia, poiché la transizione normalmente avviene in pochi secondi, nessuno l’ha mai vista accadere – forse fino ad ora.

Bloccato nella transizione?

Designata ufficialmente ZTF J203349.8+322901.1 (i numeri sono le coordinate di ascensione retta e declinazione nel cielo) e situata a oltre 1300 anni luce di distanza, la nana bianca Janus ha attirato l'attenzione dell'astrofisico del California Institute of Technology Ilaria Caiazzo a causa dei suoi rapidi cambiamenti di luminosità. Ulteriori osservazioni effettuate da Palomar e da altre strutture hanno mostrato che la stella completa una rotazione ogni 15 minuti, durante i quali la sua luminosità varia da un massimo quando la sua faccia ricoperta di idrogeno è puntata verso la Terra, al minimo quando vediamo l'emisfero opposto ricoperto di elio.

La domanda è: perché? "Potremmo finalmente aver catturato una nana bianca nell'atto della transizione", dice Caiazzo Mondo della fisica. In effetti, sulla base dei risultati della squadra che Caiazzo ha riunito per indagare sulla scoperta, Janus sembra essere rimasto bloccato nella transizione. Su uno dei suoi emisferi, la convezione dell'elio sembra aver consumato l'idrogeno, ma misteriosamente la stessa cosa non sembra essere avvenuta nell'altro. Scrivere dentro Natura, il team suggerisce che un campo magnetico sufficientemente forte spostato dal centro della nana bianca potrebbe inibire la convezione dell'elio su un emisfero e non sull'altro, ma questa spiegazione è provvisoria. Basti dire che nessuno ha mai visto prima una nana bianca divisa in due metà.

"Non esiste un modello che lo preveda", afferma un membro del team Pier-Emmanuel Treblay, un astronomo dell'Università di Warwick, nel Regno Unito. "In astrofisica, quando qualcosa è incasinato e deve essere messo a punto, le persone spesso invocano i campi magnetici, e questo ne è un perfetto esempio."

Circa il 20% delle nane bianche sono magnetiche e alcune hanno intensità di campo fino a 1 miliardo di Gauss. In confronto, il campo magnetico della Terra è di mezzo Gauss, mentre l’intensità del campo magnetico sulla superficie del Sole è di circa un Gauss. Per Janus, il team stima che il campo debba essere di 1000-1 milione di Gauss. Se fosse più forte, distorcerebbe le linee spettrali della stella.

"Per Giano, presumiamo che esista un campo magnetico perché altrimenti sarebbe molto difficile spiegare la diversa composizione sulle due facce", dice Caiazzo. Tuttavia, aggiunge, “ancora non sappiamo perché solo alcune nane bianche sono magnetiche e da dove provenga questa enorme diversità di intensità di campo”.

Una fusione tra nane bianche?

Il campo magnetico forte e sbilenco di Giano, la sua rapida velocità di rotazione, la sua massa elevata (tra 1.20 e 1.27 masse solari) e la sua composizione a due facce fanno pensare a una nana bianca piuttosto notevole. Per Tremblay, ciò indica che potrebbero essere in gioco altri fattori. "Deve esserci qualcosa di speciale in questa nana bianca oltre al campo magnetico", dice.

Tremblay ipotizza che Giano potrebbe essersi formato attraverso la fusione di due nane bianche, un evento che potrebbe aver creato dinamo magnetiche interne. "La rotazione veloce, la generazione e l'asimmetria del campo magnetico indicano tutti un'evoluzione binaria e una fusione", afferma.

Tremblay è anche scettico sul fatto che il campo magnetico sia un dipolo offset. La struttura del campo magnetico interno delle stelle nane bianche non è ancora ben compresa e, a suo avviso, invocare un dipolo offset potrebbe nascondere una geometria del campo magnetico di ordine superiore.

Una nana bianca con un'atmosfera di ossigeno quasi puro sorprende gli astronomi

"Secondo me, ciò significa che il campo magnetico potrebbe non essere dipolare", afferma Tremblay. «Invece potrebbe essere un quadrupolo, con quattro poli, per esempio. Ciò non significa necessariamente che il campo sia spostato rispetto al centro.

Implicazioni per le misure di distanza

Quando le nane bianche esplodono come supernove di tipo Ia, la loro luminosità ben compresa consente agli astronomi di trattarle come candele standard, uno strumento vitale per misurare le distanze attraverso il cosmo e il tasso di espansione dell’universo. Tuttavia, gli astronomi non sono ancora sicuri di quante supernove di tipo Ia si verificano quando una singola nana bianca accumula troppa materia da una stella compagna ed esplode, e quante si verificano a causa della fusione di due nane bianche che, se combinate, superano la massa di Chandrasekhar. limite di 1.44 masse solari ed esplodere.

Se Janus è davvero il prodotto della fusione di due nane bianche più piccole, trovare più esempi di nane bianche in mezza transizione consentirà agli astronomi di limitare il numero di tali sistemi e quanto potrebbero contribuire alla popolazione delle supernove di tipo Ia.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/two-faced-white-dwarf-star-leaves-astronomers-puzzled/