ดาวแคระขาวสองหน้าทำให้นักดาราศาสตร์งุนงง – Physics World

ดาวแคระขาวสองหน้าทำให้นักดาราศาสตร์งุนงง – Physics World

ประทับเวลา: 19 กรกฎาคม 2023 11:00 น

ความประทับใจของศิลปินที่มีต่อดาวแคระขาวสองหน้าแสดงให้เห็นว่าดาวดวงนี้มีลักษณะเป็นลูกบอลสีฟ้าขาวที่ส่องสว่าง ซึ่งด้านหนึ่งมืดกว่าและดูละเอียดกว่าอีกด้าน
ไฮโดรเจนและฮีเลียม: ผลงานของศิลปินเกี่ยวกับดาวแคระขาวสองหน้า (เอื้อเฟื้อโดย: K Miller, Caltech/IPAC)

ดาวแคระขาวที่หมุนรอบตัวอย่างรวดเร็วซึ่งประกอบด้วยซีกโลกสองซีกที่อยู่ตรงข้ามกัน อันหนึ่งถูกปกคลุมด้วยไฮโดรเจนและอีกอันถูกปกคลุมด้วยฮีเลียม ทำให้นักดาราศาสตร์สงสัยว่ามันเดินทางมาได้อย่างไร ดาวดวงนี้มีชื่อเล่นว่า "เจนัส" ตามเทพเจ้าแห่งการเปลี่ยนแปลงของโรมันสองหน้า ถูกค้นพบโดย สิ่งอำนวยความสะดวกชั่วคราวของ Zwicky (ZTF) ที่หอดูดาวพาโลมาร์ในสหรัฐอเมริกา และคำอธิบายหนึ่งที่เป็นไปได้ก็คือว่ามันเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กแรงสูงแต่ไม่สมดุลที่เกิดจากการรวมตัวกันของดาวแคระขาวสองดวง

ดาวแคระขาวเป็นซากดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ที่หยุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายในดาวฤกษ์ พองตัวออกจากชั้นนอกของดาว และประสบปัญหาการหดตัวของแรงโน้มถ่วงในแกนกลางที่เหลือของพวกมัน วัตถุที่ได้จะมีขนาดประมาณโลก แต่มีมวลเท่ากับดาวฤกษ์

แม้ว่าดาวแคระขาวจะเกิดร้อน แต่ก็ค่อยๆ เย็นลงเมื่ออายุมากขึ้น การระบายความร้อนนี้ส่งผลต่อโครงสร้างของมัน ที่อุณหภูมิสูงกว่า 35,000 เคลวิน พื้นผิวของพวกมันจะถูกปกคลุมด้วยชั้นไฮโดรเจนที่ห่อหุ้มชั้นย่อยของฮีเลียม เมื่ออุณหภูมิพื้นผิวเย็นลงถึง 35,000–25,000 เคลวิน (อุณหภูมิที่แน่นอนขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์) ชั้นฮีเลียมนี้จะเริ่มการพาความร้อน หากชั้นไฮโดรเจนด้านบนบางเพียงพอ ก็อาจสลายตัวไปในฮีเลียมที่กำลังเดือดได้

ดาวแคระขาวประมาณ 40% ได้เปลี่ยนจากลักษณะเด่นของไฮโดรเจนไปสู่ลักษณะเด่นของฮีเลียม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปกติการเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่วินาที จึงไม่มีใครเคยเห็นมันเกิดขึ้น จนกระทั่งบางทีตอนนี้

ติดอยู่ในการเปลี่ยนแปลง?

ได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการว่า ZTF J203349.8+322901.1 (ตัวเลขคือพิกัดการขึ้นและลงที่ถูกต้องบนท้องฟ้า) และอยู่ห่างจากโลกออกไปมากกว่า 1300 ปีแสง ดาวแคระขาวเจนัสดึงดูดความสนใจของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย อิลาเรีย ไกอาซโซ เนื่องจากความสว่างเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การสังเกตการณ์เพิ่มเติมโดยพาโลมาร์และสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์หมุนรอบตัวเองหนึ่งครั้งทุกๆ 15 นาที ซึ่งในระหว่างนั้นความสว่างของมันจะแปรผันจากค่าสูงสุดเมื่อใบหน้าที่ปกคลุมไปด้วยไฮโดรเจนหันเข้าหาโลก ไปจนถึงความสว่างต่ำสุดเมื่อเรามองเห็นซีกโลกตรงข้ามที่ถูกปกคลุมไปด้วยฮีเลียม

คำถามคือทำไม? “ในที่สุดเราอาจจับดาวแคระขาวได้ในช่วงเปลี่ยนผ่าน” Caiazzo กล่าว ฟิสิกส์โลก. จากการค้นพบของทีม Caiazzo ที่รวมตัวกันเพื่อตรวจสอบการค้นพบนี้ ดูเหมือนว่า Janus จะติดอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่าน ในซีกโลกซีกโลกหนึ่ง ดูเหมือนว่าการพาความร้อนของฮีเลียมจะใช้ไฮโดรเจนไป แต่ที่ลึกลับกลับดูเหมือนจะไม่เกิดสิ่งเดียวกันนี้ที่อีกซีกโลกหนึ่ง กำลังเขียนอยู่ ธรรมชาติ, ทีมงานเสนอว่าสนามแม่เหล็กแรงเพียงพอที่ชดเชยจากใจกลางดาวแคระขาวอาจยับยั้งการพาความร้อนของฮีเลียมในซีกโลกหนึ่ง ไม่ใช่อีกซีกโลกหนึ่ง แต่คำอธิบายนี้เป็นเพียงข้อมูลเบื้องต้นเท่านั้น พอจะกล่าวได้ว่าไม่มีใครเคยเห็นดาวแคระขาวสองซีกมาก่อน

“ไม่มีแบบจำลองใดที่สามารถทำนายสิ่งนี้ได้” สมาชิกในทีมกล่าว ปิแอร์-เอ็มมานูเอล เทรเบลย์, นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Warwick สหราชอาณาจักร “ในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เมื่อมีบางสิ่งเกิดความสับสนและจำเป็นต้องปรับอย่างละเอียด ผู้คนมักจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก และนี่คือตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของสิ่งนั้น”

ดาวแคระขาวประมาณ 20% มีแม่เหล็ก และบางดวงมีความเข้มของสนามแม่เหล็กสูงถึง 1 พันล้านเกาส์ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว สนามแม่เหล็กของโลกมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของเกาส์ ในขณะที่ความแรงของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวดวงอาทิตย์มีค่าประมาณ 1000 เกาส์ สำหรับเจนัส ทีมงานคาดการณ์ว่าสนามจะต้องมีเกาส์ 1–XNUMX ล้านเกาส์ หากรุนแรงกว่านั้น และมันจะบิดเบือนเส้นสเปกตรัมของดาวฤกษ์

“สำหรับ Janus เราสันนิษฐานว่ามีสนามแม่เหล็ก เพราะมันยากมากที่จะอธิบายองค์ประกอบที่แตกต่างกันบนใบหน้าทั้งสอง” Caiazzo กล่าว อย่างไรก็ตาม เธอกล่าวเสริมว่า "เรายังไม่รู้ว่าทำไมจึงมีดาวแคระขาวเพียงบางดวงเท่านั้นที่มีแม่เหล็ก และความหลากหลายมหาศาลในด้านความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็กนี้มาจากไหน"

การรวมตัวกันของดาวแคระขาว?

สนามแม่เหล็กแรงและเอียงของเจนัส อัตราการหมุนเร็ว มวลสูง (ระหว่าง 1.20 ถึง 1.27 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) และองค์ประกอบสองหน้า ล้วนชี้ไปที่ดาวแคระขาวที่ค่อนข้างน่าทึ่ง สำหรับ Tremblay สิ่งนี้บ่งชี้ว่าอาจมีปัจจัยอื่นๆ เกิดขึ้น “ต้องมีบางสิ่งที่พิเศษเกี่ยวกับดาวแคระขาวนี้นอกเหนือจากสนามแม่เหล็ก” เขากล่าว

Tremblay คาดการณ์ว่าเจนัสอาจก่อตัวขึ้นจากการรวมตัวกันของดาวแคระขาวสองดวง ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่อาจสร้างไดนาโมแม่เหล็กภายใน “การหมุนอย่างรวดเร็ว การสร้างสนามแม่เหล็กและความไม่สมมาตร ล้วนชี้ไปที่วิวัฒนาการแบบไบนารี่และการควบรวมกิจการ” เขากล่าว

Tremblay ยังไม่เชื่อเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กที่เป็นไดโพลออฟเซ็ต โครงสร้างสนามแม่เหล็กภายในของดาวแคระขาวยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก และในมุมมองของเขา การใช้ไดโพลออฟเซ็ตอาจซ่อนเรขาคณิตของสนามแม่เหล็กที่มีลำดับสูงกว่าได้

“ในความคิดของฉัน มันหมายความว่าสนามแม่เหล็กอาจไม่เป็นแบบขั้ว” Tremblay กล่าว “แทนที่จะเป็นสี่ส่วน เช่น มีสี่เสา เป็นต้น ไม่ได้หมายความว่าสนามจะชดเชยจากศูนย์กลางเสมอไป”

ผลกระทบต่อการวัดระยะทาง

เมื่อดาวแคระขาวระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ความสว่างที่เข้าใจกันดีของพวกมันช่วยให้นักดาราศาสตร์ปฏิบัติต่อพวกมันเสมือนเทียนมาตรฐาน ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการวัดระยะทางทั่วจักรวาลและอัตราการขยายตัวของจักรวาล อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ยังไม่แน่ใจว่าซุปเปอร์โนวาประเภท Ia เกิดขึ้นเมื่อดาวแคระขาวดวงหนึ่งสะสมสสารจากดาวข้างเคียงมากเกินไปและระเบิด และมีจำนวนเท่าใดที่เกิดจากการรวมตัวกันของดาวแคระขาว 1.44 ดวงที่เมื่อรวมกันแล้วเกินมวลจันทรเศขา ไม่เกิน XNUMX เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และเกิดการระเบิด

หากเจนัสเป็นผลจากการรวมตัวกันของดาวแคระขาวขนาดเล็กกว่าสองตัวจริง ๆ การค้นหาตัวอย่างเพิ่มเติมของดาวแคระขาวที่มีการเปลี่ยนผ่านครึ่งหนึ่งจะช่วยให้นักดาราศาสตร์จำกัดจำนวนของระบบดังกล่าวและปริมาณที่พวกมันอาจมีส่วนทำให้เกิดซูเปอร์โนวาประเภท Ia

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

จากล่างขึ้นบนสู่บนลงล่าง: นักวิทยาศาสตร์ด้านการคำนวณ Amanda Barnard เกี่ยวกับความสวยงามของการจำลอง การเรียนรู้ของเครื่อง และวิธีที่ทั้งสองตัดกัน – Physics World

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1855948
ประทับเวลา: กรกฎาคม 4, 2023