Астрономите са открили бяло джудже, толкова масивно, че може да се срути

Тази илюстрация подчертава новооткрито малко бяло джудже, открито от ZTF, което е с диаметър 4300 километра или приблизително размера на луната на Земята, която е 3500 километра в диаметър. Двата обекта са показани един до друг за сравнение на размера. Горещото бяло джудже е и най-тежкото познато бяло джудже, тежащо 1,35 пъти теглото на нашето Слънце. Кредит: Джузепе Барези

Астрономите са открили най-малкото и голямо бяло джудже някога. Тлеещият жар, който се образува, когато се сливат две по-малко масивни, тежки бели джуджета, „пакетира повече маса от нашето слънце в обект с размерите на нашата луна“, казва Илария Кайсо, постдок от Шерман Феърчайлд. Теоретичен астрофизик в Caltech и водещ автор на новото изследване, публикувано в изданието на списанието от 1 юли природата. „Може да изглежда неинтуитивно, но по-малките бели джуджета са по-масивни. Това се дължи на факта, че на белите джуджета липсва ядрено изгаряне, което поддържа нормални звезди срещу собствената им гравитация и вместо това размерът им се регулира от квантовата механика.“

Откритието е направено от преходното съоръжение Zwicky или ZTF, което работи в обсерваторията Palomar на Caltech. Два хавайски телескопа – обсерваторията WM Keck в Маунакеа, остров Хавай и Университетът на Хавайския институт за астрономия Pan-STARRS (телескоп за панорамно проучване и система за бързо реагиране) в Халеакала, Мауи – помогнаха да се различи мъртвата звезда, заедно с 200-инчовата Хил телескоп в Паломар, Европейската космическа обсерватория Gaia и бързата обсерватория на Нийл Герелс на НАСА.

Белите джуджета са рухналите останки от звезди, които някога са били осем пъти по-големи от масата или по-леки от нашето слънце. Нашето слънце например, след като за пръв път избълва в червен гигант след около 5 милиарда години, в крайна сметка ще излее външните си слоеве и ще се свие в компактно бяло джудже. Около 97 процента от всички звезди стават бели джуджета.

Докато нашето Слънце е само в космоса без звезден партньор, много звезди се въртят взаимно по двойки. Звездите стареят заедно и ако и двете са по-малко от осем слънчеви маси, и двете ще се превърнат в бели джуджета.

Астрономите са открили звездно тяло, известно като бяло джудже с размерите на луната на Земята. Ширината на бялото джудже е около 4300 км, докато луната е 3500 км. Бялото джудже е изобразено над луната в това художествено представяне; Всъщност бялото джудже се намира на 130 светлинни години от нас в съзвездието Аквила. Кредит: Джузепе Барези

Новото откритие дава пример за това какво може да се случи след този етап. Двойките бели джуджета, обикаляйки около себе си, губят енергия под формата на гравитационни вълни и в крайна сметка се сливат. Ако мъртвите звезди са достатъчно масивни, те експлодират в така наречената супернова тип Ia. Но ако те са под определен праг на масата, те се обединяват в ново бяло джудже, което е по-тежко от всяка прародителна звезда. Това сливане подобрява магнитното поле на тази звезда и ускорява въртенето й в сравнение със своята предшественик.

Астрономите казват, че новооткритото мъничко бяло джудже, наречено ZTF J1901 + 1458, е поело по последния път на еволюцията. Неговите предци се сливат, за да произведат бяло джудже с маса 1,35 пъти масата на нашето слънце. Бялото джудже има интензивно магнитно поле, близо милиард пъти по-голямо от нашето Слънце, и се върти по оста си с неистово темпо от един оборот на всеки седем минути (най-плоското бяло джудже, наречено EPIC 228939929, се върти на всеки 5,3 минути) .

„Хванахме този много интересен обект, който не беше достатъчно масивен, за да експлодира“, казва Каяцо. „Наистина разследваме колко е голямо бяло джудже.“

Освен това Чиазу и нейните сътрудници вярват, че компактното бяло джудже може да е достатъчно масивно, за да се превърне в мъртва богата на неутрон звезда или неутронна звезда, която обикновено се образува, когато звезда, много по-голяма от нашето слънце, експлодира в свръхнова.

„Това е много спекулативно, но е възможно бялото джудже да е достатъчно масивно, за да се срине допълнително в неутронна звезда“, казва Чиазу. Те са толкова масивни и плътни, че електроните в техните ядра се улавят от протоните в ядрата, за да образуват неутрони. Тъй като налягането от електроните притиска силата на гравитацията, която поддържа звездата непокътната, ядрото се срутва, когато се отстранят твърде много електрони. „

Ако хипотезата за образуване на неутронни звезди е вярна, това може да означава, че значителна част от други неутронни звезди се образуват по този начин. Близостта на новооткрития обект (около 130 светлинни години) и неговата млада възраст (около 100 милиона години или по-малко) предполагат, че подобни обекти могат да се появят по-често в нашата галактика.

магнитни и бързи و

За първи път бялото джудже е забелязано от колегата на Caiazzo Кевин Бридж, постдокторант от Caltech, след като е разгледал изображения от цялото небе, направени от ZTF. Това специално бяло джудже, когато се анализира заедно с данни от Гея, се открояваше като изключително масивно и с бързо въртене.

„Досега никой не е успял да изследва систематично кратки астрономически явления в този мащаб досега. Резултатите от тези усилия са невероятни“, казва Бъридж, който ръководи екипа, открил през 2019 г. Чифт бели джуджета обикалят около себе си на всеки седем минути.

След това екипът анализира спектъра на звездата, като използва спектрометъра за изображения с ниска разделителна способност (LRIS) на обсерваторията на Кек, когато Каацо шокира пръстови отпечатъци от много силно магнитно поле и осъзна, че тя и екипът й са открили нещо „много специално“, казва тя. Силата на магнитното поле, заедно със скоростта на въртене на обекта от седем минути, предполага, че то е резултат от две по-малки бели джуджета, слели се в едно.

Данните от Суифт, който следи ултравиолетовата светлина, помогнаха да се определят размерите и масата на бялото джудже. С диаметър 2670 мили, ZTF J1901 + 1458 осигурява титлата за най-малкото известно бяло джудже, побеждавайки предишни носители на рекорди, RE J0317-853 и WD 1832 + 089, всеки с диаметър около 3100 мили.

В бъдеще Caiazzo се надява да използва ZTF, за да намери повече бели джуджета като това и като цяло да изследва популацията като цяло. „Има много въпроси, които трябва да бъдат разгледани, като например каква е скоростта на сливане на бели джуджета в галактиката и достатъчно ли е да се обясни броят на свръхнови от тип Ia? Как се създава магнитно поле при тези силни събития, и защо има такова разнообразие в силата на магнитното поле сред джуджетата? „Бели джуджета? Намирането на голям брой бели джуджета, родени от сливания, ще ни помогне да отговорим на всички тези и много други въпроси.“

Справка: „Силно магнетизирано, бързо въртящо се бяло джудже, малко като луната“ от Ilaria Kaizo, Kevin B. Бридж, Джеймс Фулър, Джеръми Хил, SR Кулкарни, Томас А. Принс, Харви Б. Ричър, Джосия Шваб, Игор Андреони, Ерик К. Белм, Андрю Дрейк, Димитри А. Доуеф, Матю Дж. Греъм, Джордж Хелу, Ашиш А Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith и Mayan T. Somagnac, 30 юни 2021 г., Налично тук. природата.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

Изследването, озаглавено „Силно магнетизирано, бързо въртящо се бяло джудже, малко като луната“, е финансирано от фондация „Роуз Хилс“, фондация „Алфред П. Слоун“, НАСА, фондация „Хайзинг-Саймънс“ и стипендия „AF Morrison Lick“ . Обсерваторията, NSF и Съветът по природни науки и инженерни изследвания на Канада.

Относно LRIS

Спектрометърът за изображения с ниска разделителна способност (LRIS) е високочувствителен и универсален образ и спектрометър с видима дължина на вълната, създаден в Caltech от екип, ръководен от професорите Бев Оук и професор Джуди Коен и поръчан през 1993 г. Оттогава той е претърпял две големи подобрения до подобрява своите възможности: добавяне на рамо Второ синьо, оптимизирано за по-къси дължини на вълната на светлината и инсталиране на по-чувствителни детектори най-дълго (червено). Всяко рамо е оптимизирано за дължините на вълната, които обхваща. Този голям обхват на покритие с дължина на вълната, комбиниран с високата чувствителност на инструмента, позволява изучаването на всичко – от комети (които имат интересни характеристики в ултравиолетовата част на спектъра), до синя светлина от образуването на звезди, до червена светлина от много далечни обекти. . LRIS също записва спектрите на до 50 обекта едновременно, което е особено полезно за изследване на галактически клъстери в най-отдалечените и най-отдалечени времена на Вселената. LRIS е бил използван за наблюдение на далечни свръхнови от астрономи, които са получили Нобелова награда за физика през 2011 г. за изследвания, които са установили, че Вселената ускорява своето разширяване.

Относно обсерваторията WM Keck

Телескопите на обсерваторията WM Keck са едни от най-продуктивните научни телескопи на Земята. Двата оптични / инфрачервени телескопа на 10 метра над Маунакеа на остров Хавай Хауи разполагат с набор от модерни инструменти, включително изображения, многофункционални спектрофотометри, спектрофотометри с висока разделителна способност, интегрирани спектрометри и водещи в света адаптивни звездни оптични системи. . Някои от данните, представени тук, са получени от Обсерваторията на Кек, организация с нестопанска цел 501 (c) 3, която действа като научно партньорство между Калтех, Калифорнийския университет и Националната администрация по аеронавтика и космос. Обсерваторията стана възможна благодарение на щедрата финансова подкрепа на фондацията WM Keck. Авторите искат да признаят и признаят много важната и почитана културна роля, която Маунакеа винаги е имала в местната хавайска общност. Ние сме много щастливи, че имаме възможността да правим наблюдения от тази планина.