Astronomowie odkryli białego karła tak masywnego, że mógłby się zapaść

Astronomowie odkryli najmniejszego i największego białego karła w historii. Tlący się żar, który powstał, gdy połączyły się dwa mniej masywne, ciężkie białe karły, „pakuje większą masę niż nasze słońce w obiekt o rozmiarach naszego księżyca” – mówi Ilaria Caiso, stażystka Shermana Fairchilda. Astrofizyk teoretyczny w Caltech i główny autor nowego badania, które ukazało się w numerze czasopisma z 1 lipca Natura. „To może wydawać się sprzeczne z intuicją, ale mniejsze białe karły są bardziej masywne. Wynika to z faktu, że białe karły nie mają spalania jądrowego, które utrzymuje normalne gwiazdy wbrew ich własnej grawitacji, a zamiast tego ich rozmiar jest regulowany przez mechanikę kwantową”.

Odkrycia dokonała firma Zwicky Transient Facility (ZTF), która działa w Obserwatorium Palomar w Caltech. Dwa hawajskie teleskopy — WM Keck Observatory w Maunakea na wyspie Hawaje i University of Hawaii Institute for Astronomy’s Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) w Haleakala, Maui — pomogły odróżnić martwą gwiazdę wraz z 200-calową Hill Telescope w Palomar, Europejskie Obserwatorium Kosmiczne Gaia oraz Neil Gehrells Swift Observatory NASA.

Białe karły to zapadnięte pozostałości gwiazd, które kiedyś były osiem razy cięższe lub lżejsze od naszego Słońca. Na przykład nasze Słońce po tym, jak po raz pierwszy wyrzuci się na czerwonego olbrzyma za około 5 miliardów lat, w końcu zrzuci swoje zewnętrzne warstwy i skurczy się do zwartego białego karła. Około 97 procent wszystkich gwiazd staje się białymi karłami.

Podczas gdy nasze Słońce jest samotne w kosmosie bez gwiezdnego partnera, wiele gwiazd krąży wokół siebie parami. Gwiazdy starzeją się razem i jeśli obie mają mniej niż osiem mas Słońca, obie przekształcą się w białe karły.

Astronomowie odkryli ciało gwiezdne znane jako biały karzeł wielkości ziemskiego księżyca. Szerokość białego karła wynosi około 4300 km, a szerokość księżyca 3500 km. W tej artystycznej reprezentacji biały karzeł jest przedstawiony nad księżycem; W rzeczywistości biały karzeł znajduje się 130 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze Orła. Źródło: Giuseppe Baresi

Nowe odkrycie stanowi przykład tego, co może się wydarzyć po tym etapie. Pary białych karłów, krążące wokół siebie, tracą energię w postaci fal grawitacyjnych i ostatecznie łączą się. Jeśli martwe gwiazdy są wystarczająco masywne, eksplodują jako supernowa typu Ia. Ale jeśli są poniżej pewnego progu masy, łączą się w nowego białego karła, który jest cięższy niż którakolwiek z jego poprzednich gwiazd. To połączenie wzmacnia pole magnetyczne tej gwiazdy i przyspiesza jej rotację w porównaniu z jej poprzednikami.

Astronomowie twierdzą, że nowo odkryty mały biały karzeł, zwany ZTF J1901 + 1458, wybrał ostatnią ścieżkę ewolucji. Jego przodkowie połączyli się, tworząc białego karła o masie 1,35 mas naszego Słońca. Biały karzeł ma intensywne pole magnetyczne około miliard razy silniejsze niż nasze Słońce i porusza się wokół własnej osi w szaleńczym tempie jednego obrotu co siedem minut (najbardziej płaski znany biały karzeł, zwany EPIC 228939929, obraca się co 5,3 minuty).

„Złapaliśmy ten bardzo interesujący obiekt, który nie był wystarczająco masywny, by eksplodować” – mówi Kiazzo. „Naprawdę badamy, jak duży jest biały karzeł”.

Co więcej, Chiazu i jej współpracownicy uważają, że zwarty biały karzeł może być wystarczająco masywny, aby ewoluować w martwą gwiazdę bogatą w neutrony lub gwiazdę neutronową, która zazwyczaj powstaje, gdy gwiazda znacznie większa niż nasze Słońce eksploduje jako supernowa.

„To bardzo spekulacyjne, ale możliwe, że biały karzeł jest wystarczająco masywny, by dalej zapadać się w gwiazdę neutronową” – mówi Chiazu. Są tak masywne i gęste, że elektrony w ich jądrach są wychwytywane przez protony w jądrach, tworząc neutrony. Ponieważ ciśnienie elektronów przeciwstawia się sile grawitacji, która utrzymuje gwiazdę w stanie nienaruszonym, rdzeń zapada się, gdy usuwa się zbyt wiele elektronów.

Jeśli hipoteza o powstawaniu gwiazd neutronowych jest poprawna, może to oznaczać, że w ten sposób powstaje znaczna część innych gwiazd neutronowych. Bliskość nowo odkrytego obiektu (około 130 lat świetlnych) i jego młody wiek (około 100 milionów lat lub mniej) sugerują, że podobne obiekty mogą występować częściej w naszej Galaktyce.

magnetyczny i szybki و

Biały karzeł został po raz pierwszy zauważony przez kolegę z Caiazzo, Kevina Bridge’a, badacza podoktoranckiego z Caltech, po zbadaniu zdjęć całego nieba wykonanych przez ZTF. Ten konkretny biały karzeł, analizowany w połączeniu z danymi z Gai, wyróżniał się niezwykle masą i szybką rotacją.

„Do tej pory nikt nie był w stanie systematycznie badać zjawisk astronomicznych w krótkim czasie na taką skalę. Wyniki tych wysiłków są niesamowite” – mówi Burridge, który kierował zespołem, który odkrył w 2019 r. Para białych karłów okrąża się co siedem minut.

Następnie zespół przeanalizował widmo gwiazdy za pomocą spektrometru obrazowania niskiej rozdzielczości (LRIS) Obserwatorium Kecka, kiedy Caiazzo wstrząsnął odciskami palców bardzo silnego pola magnetycznego i zdał sobie sprawę, że ona i jej zespół znaleźli coś „bardzo wyjątkowego”, mówi. Siła pola magnetycznego wraz z prędkością obrotową obiektu wynoszącą siedem minut sugerują, że było to wynikiem połączenia dwóch mniejszych białych karłów w jeden.

Dane z Swift, który monitoruje światło ultrafioletowe, pomogły określić rozmiar i masę białego karła. Z średnicą 2670 mil ZTF J1901 + 1458 zapewnia tytuł najmniejszego znanego białego karła, bijąc poprzednich rekordzistów RE J0317-853 i WD 1832 + 089, każdy o średnicy około 3100 mil.

W przyszłości Caiazzo ma nadzieję wykorzystać ZTF do znalezienia większej liczby takich białych karłów i ogólnie do badania populacji jako całości. „Jest wiele pytań do rozwiązania, takich jak tempo łączenia się białych karłów w galaktyce i czy wystarczy wyjaśnić liczbę supernowych typu Ia? Jak powstaje pole magnetyczne podczas tych silnych zdarzeń, i dlaczego istnieje takie zróżnicowanie natężenia pola magnetycznego wśród karłów? „Białe karły? Znalezienie dużej liczby białych karłów urodzonych w wyniku fuzji pomoże nam odpowiedzieć na wszystkie te pytania i nie tylko”.

Odniesienie: „Wysoce namagnesowany, szybko wirujący biały karzeł, mały jak księżyc” autorstwa Ilarii Kaizo, Kevina B. Bridge, James Fuller, Jeremy Hill, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Dowef, Matthew J. Graham, George Helu, Ashish A Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith i Mayan T. Somagnac, 30 czerwca 2021 r., Dostępne tutaj. Natura.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

Badanie zatytułowane „Wysoce namagnesowany, szybko wirujący biały karzeł wielkości księżyca” zostało sfinansowane przez Fundację Rose Hills, Fundację Alfreda P. Sloana, NASA, Fundację Heising-Simons oraz AF Morrison Lick Fellowship . Obserwatorium, NSF oraz Rada Nauk Przyrodniczych i Inżynieryjnych Kanady.

O LRIS

Spektrometr do obrazowania o niskiej rozdzielczości (LRIS) to bardzo czuły i wszechstronny obrazowanie i spektrometr w zakresie widzialnych długości fal, który został zbudowany w Caltech przez zespół kierowany przez profesorów Bev Oak i profesor Judy Cohen i oddany do użytku w 1993 roku. zwiększyć jego możliwości: dodanie ramienia Drugie niebieskie zoptymalizowane pod kątem krótszych długości fal świetlnych i najdłuższej instalacji bardziej czułych detektorów (czerwone). Każde ramię jest zoptymalizowane pod kątem długości fal, które obejmuje. Ten szeroki zakres pokrycia długości fal, w połączeniu z wysoką czułością instrumentu, pozwala na badanie wszystkiego, od komet (które mają interesujące cechy w ultrafioletowej części widma), przez niebieskie światło pochodzące z formowania się gwiazd, po czerwone światło pochodzące z bardzo odległych obiektów. . LRIS rejestruje również widma do 50 obiektów jednocześnie, co jest szczególnie przydatne do badania gromad galaktyk w najdalszych i najwcześniejszych czasach Wszechświata. LRIS był używany do obserwacji odległych supernowych przez astronomów, którzy w 2011 roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania, które ustaliły, że Wszechświat przyspiesza swoją ekspansję.

O Obserwatorium WM Kecka

Teleskopy Obserwatorium WM Kecka należą do najbardziej produktywnych teleskopów naukowych na Ziemi. Dwa teleskopy optyczne/podczerwone 10 m nad Maunakea na wyspie Hawai Hawi wyposażone są w zestaw zaawansowanych instrumentów, w tym imagery, spektrofotometry wielokorpusowe, spektrofotometry o wysokiej rozdzielczości, spektrometry zintegrowane i wiodące na świecie systemy adaptacyjnej optyki gwiazd. . Niektóre z przedstawionych tutaj danych zostały uzyskane z Obserwatorium Keck, organizacji non-profit 501(c)3, która działa jako partnerstwo naukowe między Caltech, University of California oraz National Aeronautics and Space Administration. Obserwatorium powstało dzięki hojnemu wsparciu finansowemu Fundacji WM Kecka. Autorzy pragną uznać i uznać bardzo ważną i szanowaną rolę kulturową, jaką Maunakea zawsze odgrywała w społeczności rdzennych Hawajów. Jesteśmy bardzo szczęśliwi, że mamy okazję poczynić obserwacje z tej góry.