Ngôi sao lùn trắng hai mặt khiến giới thiên văn hoang mang – Physics World

Ngôi sao lùn trắng hai mặt khiến giới thiên văn hoang mang – Physics World

Dấu thời gian: 19:2023 sáng ngày 11 tháng 00 năm XNUMX

Ấn tượng của nghệ sĩ này về ngôi sao lùn trắng hai mặt cho thấy ngôi sao này như một quả bóng màu trắng xanh phát sáng, một mặt tối hơn và trông có nhiều hạt hơn mặt kia
Hydro và helium: Ấn tượng của một nghệ sĩ về ngôi sao lùn trắng hai mặt. (Được phép: K Miller, Caltech/IPAC)

Một ngôi sao lùn trắng quay nhanh có hai bán cầu đối lập – một được bao phủ bởi hydro và một được bao phủ bởi heli – khiến các nhà thiên văn học phải đau đầu tìm hiểu làm thế nào nó lại có được như vậy. Ngôi sao có biệt danh là “Janus” theo tên vị thần chuyển tiếp hai mặt của người La Mã, được phát hiện bởi Cơ sở thoáng qua Zwicky (ZTF) tại Đài thiên văn Palomar ở Mỹ, và một lời giải thích khả dĩ là nó là kết quả của một từ trường mạnh nhưng lệch pha được tạo ra bởi sự hợp nhất của hai sao lùn trắng.

Sao lùn trắng là tàn tích của những ngôi sao giống Mặt trời đã ngừng phản ứng hạt nhân ở bên trong, bong ra khỏi lớp bên ngoài và trải qua sự co lại hấp dẫn của lõi còn sót lại. Các vật thể thu được có kích thước tương đương Trái đất nhưng có khối lượng bằng một ngôi sao.

Mặc dù các sao lùn trắng sinh ra đã nóng nhưng chúng nguội dần khi già đi. Sự làm mát này ảnh hưởng đến cấu trúc của chúng. Ở nhiệt độ trên 35,000 K, bề mặt của chúng được bao phủ bởi một lớp hydro bao bọc một lớp phụ helium. Khi nhiệt độ bề mặt nguội đi đến 35,000–25,000 K (nhiệt độ chính xác phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao), lớp helium này bắt đầu đối lưu. Nếu lớp hydro phía trên đủ mỏng, nó có thể tiêu tan trong khí heli đang chuyển động.

Khoảng 40% sao lùn trắng đã thực hiện quá trình chuyển đổi từ ưu thế hydro sang ưu thế helium. Tuy nhiên, vì quá trình chuyển đổi thường diễn ra trong vài giây nên chưa ai từng thấy nó xảy ra – có lẽ cho đến bây giờ.

Bị mắc kẹt trong quá trình chuyển đổi?

Được đặt tên chính thức là ZTF J203349.8+322901.1 (các con số là tọa độ xích vĩ và xích vĩ bên phải của nó trên bầu trời) và nằm cách xa hơn 1300 năm ánh sáng, sao lùn trắng Janus đã thu hút sự chú ý của nhà vật lý thiên văn Viện Công nghệ California Ilaria Caiazzo vì độ sáng thay đổi nhanh chóng. Các quan sát bổ sung của Palomar và các cơ sở khác cho thấy ngôi sao này hoàn thành một vòng quay cứ sau 15 phút, trong đó độ sáng của nó thay đổi từ mức tối đa khi mặt được bao phủ hydro của nó hướng về phía Trái đất, đến mức tối thiểu khi chúng ta nhìn thấy bán cầu đối diện được bao phủ bởi helium.

Câu hỏi là, tại sao? “Cuối cùng chúng ta có thể đã bắt được một sao lùn trắng đang trong quá trình chuyển đổi,” Caiazzo nói. Thế giới Vật lý. Trên thực tế, dựa trên những phát hiện của nhóm Caiazzo đã tập hợp để điều tra phát hiện này, Janus dường như đã bị mắc kẹt trong quá trình chuyển đổi. Ở một trong các bán cầu của nó, sự đối lưu heli dường như đã tiêu thụ hydro, nhưng điều kỳ lạ là điều tương tự dường như không xảy ra ở bán cầu kia. Viết bằng Thiên nhiên, nhóm nghiên cứu đề xuất rằng một từ trường đủ mạnh lệch khỏi tâm sao lùn trắng có thể ức chế sự đối lưu heli ở một bán cầu chứ không phải ở bán cầu kia, nhưng lời giải thích này chỉ là dự kiến. Đủ để nói rằng trước đây chưa ai từng nhìn thấy một sao lùn trắng có hai nửa.

Thành viên nhóm cho biết: “Không có mô hình nào dự đoán được điều này”. Pier-Emmanuel Treblay, một nhà thiên văn học tại Đại học Warwick, Vương quốc Anh. “Trong vật lý thiên văn, khi một thứ gì đó bị rối tung và cần phải tinh chỉnh lại, người ta thường viện đến từ trường, và đây là một ví dụ hoàn hảo về điều đó.”

Khoảng 20% ​​​​sao lùn trắng có từ tính và một số có cường độ trường lên tới 1 tỷ Gauss. Để so sánh, từ trường của Trái đất là một nửa Gauss, trong khi cường độ từ trường trên bề mặt Mặt trời là khoảng một Gauss. Đối với Janus, đội nghiên cứu ước tính trường này phải có cường độ 1000–1 triệu Gauss. Mạnh hơn nữa, nó sẽ làm biến dạng các vạch quang phổ của ngôi sao.

“Đối với Janus, chúng tôi giả sử rằng có một từ trường vì nếu không sẽ rất khó giải thích thành phần khác nhau trên hai mặt,” Caiazzo nói. Tuy nhiên, cô cho biết thêm, “Chúng tôi vẫn không biết tại sao chỉ một số sao lùn trắng có từ tính và sự đa dạng lớn về cường độ trường này đến từ đâu”.

Một vụ sáp nhập sao lùn trắng?

Từ trường mạnh và lệch của Janus, tốc độ quay nhanh, khối lượng lớn (từ 1.20 đến 1.27 khối lượng mặt trời) và thành phần hai mặt của nó đều chỉ ra một sao lùn trắng khá đáng chú ý. Đối với Tremblay, điều này cho thấy có thể có các yếu tố khác đang diễn ra. “Hẳn phải có điều gì đó đặc biệt ở sao lùn trắng này ngoài từ trường,” ông nói.

Tremblay suy đoán rằng Janus có thể đã hình thành thông qua sự hợp nhất của hai sao lùn trắng – một sự kiện có thể đã tạo ra các máy phát điện từ bên trong. Ông nói: “Sự quay nhanh, sự tạo ra từ trường và sự bất đối xứng, tất cả đều chỉ ra sự tiến hóa nhị phân và sự hợp nhất”.

Tremblay cũng hoài nghi về việc từ trường có phải là một lưỡng cực lệch không. Cấu trúc từ trường bên trong của các sao lùn trắng vẫn chưa được hiểu rõ và theo quan điểm của ông, việc viện dẫn một lưỡng cực bù có thể che giấu hình học từ trường bậc cao.

“Theo ý kiến ​​của tôi, điều đó có nghĩa là từ trường có thể không phải là lưỡng cực,” Tremblay nói. “Thay vào đó, nó có thể là một tứ cực, chẳng hạn như có bốn cực. Điều đó không nhất thiết có nghĩa là trường bị lệch khỏi tâm.”

Ý nghĩa của việc đo khoảng cách

Khi các sao lùn trắng phát nổ dưới dạng siêu tân tinh loại Ia, độ sáng được hiểu rõ của chúng cho phép các nhà thiên văn coi chúng như những ngọn nến tiêu chuẩn – một công cụ quan trọng để đo khoảng cách trong vũ trụ và tốc độ giãn nở của vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn không chắc chắn có bao nhiêu siêu tân tinh loại Ia xảy ra khi một sao lùn trắng tích tụ quá nhiều vật chất từ ​​một ngôi sao đồng hành và phát nổ, và bao nhiêu siêu tân tinh xảy ra do sự hợp nhất của hai sao lùn trắng mà khi kết hợp lại sẽ vượt quá khối lượng Chandrasekhar. giới hạn bằng 1.44 khối lượng mặt trời và phát nổ.

Nếu Janus thực sự là sản phẩm của sự hợp nhất của hai sao lùn trắng nhỏ hơn, thì việc tìm ra thêm ví dụ về các sao lùn trắng chuyển tiếp một nửa sẽ cho phép các nhà thiên văn hạn chế số lượng của các hệ như vậy và mức độ chúng có thể đóng góp vào quần thể siêu tân tinh loại Ia.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý