Tosidig hvit dvergstjerne etterlater astronomer forvirret – Physics World

Tosidig hvit dvergstjerne etterlater astronomer forvirret – Physics World

Tidsstempel: 19. juli 2023 11:00

Denne kunstnerens inntrykk av den tosidige hvite dvergstjernen viser stjernen som en glødende blå-hvit ball, hvor den ene siden er mørkere og mer granulær enn den andre
Hydrogen og helium: Et kunstnerinntrykk av den tosidige hvite dvergstjernen. (Med tillatelse: K Miller, Caltech/IPAC)

En raskt roterende hvit dvergstjerne som inneholder to motstående halvkuler – den ene dekket av hydrogen og den andre av helium – får astronomer til å klør seg i hodet over hvordan det ble slik. Stjernen, med kallenavnet "Janus" etter den tosidige romerske overgangsguden, ble oppdaget av Zwicky forbigående anlegg (ZTF) ved Palomar Observatory i USA, og en mulig forklaring er at det er et resultat av et sterkt, men skjevt magnetfelt generert av sammenslåingen av to hvite dverger.

Hvite dverger er restene av sollignende stjerner som har stoppet kjernefysiske reaksjoner i deres indre, blåst av de ytre lagene og opplevd gravitasjonssammentrekning av deres gjenværende kjerner. De resulterende objektene er omtrent på størrelse med jorden, men med massen til en stjerne.

Selv om hvite dverger blir født varme, avkjøles de gradvis etter hvert som de eldes. Denne avkjølingen påvirker strukturen deres. Ved temperaturer over 35,000 35,000 K er overflatene deres dekket av et lag med hydrogen som omslutter et underlag av helium. Når overflatetemperaturen avkjøles til 25,000 XNUMX–XNUMX XNUMX K (den nøyaktige temperaturen avhenger av stjernens masse), begynner dette heliumlaget å konveksjonere. Hvis det øvre hydrogenlaget er tynt nok, kan det forsvinne i det bølgende heliumet.

Omtrent 40 % av hvite dverger har gjort denne overgangen fra hydrogendominans til heliumdominans. Men siden overgangen vanligvis skjer i løpet av sekunder, har ingen noen gang sett det skje – før kanskje nå.

Sitter du fast i overgangen?

Offisielt betegnet ZTF J203349.8+322901.1 (tallene er dens høyre oppstignings- og deklinasjonskoordinater på himmelen) og plassert over 1300 lysår unna, vakte den hvite Janus-dvergen oppmerksomheten til astrofysikeren ved California Institute of Technology Ilaria Caiazzo på grunn av dens raske endringer i lysstyrke. Ytterligere observasjoner fra Palomar og andre anlegg viste at stjernen fullfører én rotasjon hvert 15. minutt, hvor lysstyrken varierer fra et maksimum når dens hydrogendekkede ansikt peker mot Jorden, til et minimum når vi ser den motsatte halvkulen dekket av helium.

Spørsmålet er hvorfor? "Vi har kanskje endelig fanget en hvit dverg i ferd med å forvandle seg," forteller Caiazzo Fysikkverden. Faktisk, basert på funnene til teamet Caiazzo samlet for å undersøke funnet, ser det ut til at Janus har satt seg fast i overgangen. På en av halvkulene ser det ut til at heliumkonveksjon har forbrukt hydrogenet, men på mystisk vis ser det ikke ut til at det samme har skjedd på den andre. Skriver inn Natur, teamet antyder at et tilstrekkelig sterkt magnetfelt forskjøvet fra den hvite dvergens senter kan hemme heliumkonveksjon på den ene halvkulen og ikke den andre, men denne forklaringen er tentativ. Det er nok å si at ingen har sett en hvit dverg på to halvdeler før.

"Det er ingen modell som forutsier dette," sier teammedlem Pier-Emmanuel Treblay, en astronom ved University of Warwick, Storbritannia. "I astrofysikk, når noe er rotet og må finjusteres, påkaller folk ofte magnetiske felt, og dette er et perfekt eksempel på det."

Omtrent 20 % av hvite dverger er magnetiske, og noen har feltstyrker på opptil 1 milliard Gauss. Til sammenligning er jordens magnetfelt en halv Gauss, mens magnetfeltstyrken på overflaten av solen er omtrent en Gauss. For Janus anslår teamet at feltet må være 1000–1 million Gauss. Enhver sterkere, og det ville forvrenge stjernens spektrallinjer.

"For Janus antar vi at det er et magnetfelt fordi det ellers ville være veldig vanskelig å forklare den forskjellige sammensetningen på de to ansiktene," sier Caiazzo. Imidlertid legger hun til, "Vi vet fortsatt ikke hvorfor bare noen hvite dverger er magnetiske og hvor dette enorme mangfoldet i feltstyrker kommer fra."

En hvit-dverg-fusjon?

Janus’ sterke og skjeve magnetfelt, dets raske rotasjonshastighet, dens høye masse (mellom 1.20 og 1.27 solmasser) og dens tosidige sammensetning peker alle mot en ganske bemerkelsesverdig hvit dverg. For Tremblay indikerer dette at andre faktorer kan spille inn. "Det må være noe spesielt med denne hvite dvergen i tillegg til et magnetfelt," sier han.

Tremblay spekulerer i at Janus kunne ha blitt dannet gjennom sammenslåingen av to hvite dverger - en hendelse som kunne ha skapt interne magnetiske dynamoer. "Den raske rotasjonen, og magnetfeltgenereringen og asymmetrien, peker alle på binær evolusjon og en fusjon," sier han.

Tremblay er også skeptisk til at magnetfeltet er en offset dipol. Den interne magnetfeltstrukturen til hvite dvergstjerner er ennå ikke godt forstått, og etter hans syn kan det å påkalle en forskjøvet dipol skjule en høyere-ordens magnetfeltgeometri.

"Etter min mening betyr det at magnetfeltet kanskje ikke er dipolar," sier Tremblay. "I stedet kan det være en firpolet, med fire stolper, for eksempel. Det betyr ikke nødvendigvis at feltet er forskjøvet fra sentrum.»

Implikasjoner for avstandsmålinger

Når hvite dverger eksploderer som supernovaer av type Ia, lar deres velforståtte lysstyrke astronomer behandle dem som standard stearinlys – et viktig verktøy for å måle avstander over kosmos og ekspansjonshastigheten til universet. Astronomer er imidlertid fortsatt ikke sikre på hvor mange type Ia-supernovaer som oppstår når en enkelt hvit dverg samler opp for mye stoff fra en følgestjerne og eksploderer, og hvor mange som oppstår på grunn av sammenslåingen av to hvite dverger som, når de kombineres, overstiger Chandrasekhar-massen grense på 1.44 solmasser og eksplodere.

Hvis Janus faktisk er et produkt av en sammenslåing av to mindre hvite dverger, vil det å finne flere eksempler på halvtransisjonerte hvite dverger gjøre det mulig for astronomer å begrense antallet slike systemer og hvor mye de kan bidra til populasjonen av type Ia supernovaer.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden