Astronómovia spozorovali bieleho trpaslíka, ktorý je taký masívny, že by sa mohol zrútiť

Astronómovia objavili najmenšieho a najväčšieho bieleho trpaslíka, aký bol kedy pozorovaný. „Tlejúca škvarka, ktorá vznikla spojením dvoch menej masívnych bielych trpaslíkov, je masívna,“ hovorí Sherman Fairchild, postdoktorandská vedecká pracovníčka Ilaria Caiazzo, „ktorá zbalila viac hmoty ako naše Slnko do tela o veľkosti nášho Mesiaca.“ Vedúci autor novej štúdie publikovanej v časopise Theoretical Astrophysics at Caltech and Príroda. „Môže sa to zdať neintuitívne, ale menší bieli trpaslíci sú masívnejší. Je to spôsobené tým, že bielym trpaslíkom chýba jadrové spálenie, ktoré udržiava normálne hviezdy proti vlastnej gravitácii, a ich tvar je riadený kvantovou mechanikou.“

Objav uskutočnilo Zwicky Transient Facility alebo ZTF, ktoré pôsobia na Caltechovom Palomarskom observatóriu; Observatórium Keck na ostrove Maunakea na Havaji a Havajský inštitút pre astronómiu Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) na Haleakala na ostrove Maui – pomohli charakterizovať mŕtve hviezdy pomocou 200-palcového ďalekohľadu Hale. V Palomar, Európskom vesmírnom observatóriu Gaia a v observatóriu NASA Neil Gehrels Swift.

Bieli trpaslíci sú zrútené zvyšky hviezd, ktoré boli kedysi asi osemkrát väčšie ako hmotnosť nášho Slnka alebo ľahšie. Napríklad naše Slnko, keď sa po asi 5 miliardách rokov vyvinie prvýkrát v červeného obra, nakoniec odhodí svoje vonkajšie vrstvy a zmenší sa na kompaktného bieleho trpaslíka. Asi 97 percent všetkých hviezd sa stane bielymi trpaslíkmi.

Zatiaľ čo naše Slnko je samo vo vesmíre bez hviezdneho spoločníka, veľa hviezd okolo seba obieha vo dvojiciach. Hviezdy spolu starnú, a ak sú obe menšie ako osem slnečnej hmoty, vyvinú sa z nich bieli trpaslíci.

Astronómovia objavili hviezdnu mŕtvolu známu ako biely trpaslík, ktorá má zhruba veľkosť zemského mesiaca. Biely trpaslík má priemer asi 4 300 km, zatiaľ čo mesiac má priemer 3 500 km. Biely trpaslík je v tomto umeleckom stvárnení zobrazený nad Mesiacom; Biely trpaslík sa v skutočnosti nachádza 130 svetelných rokov ďaleko v súhvezdí Aquila. zápočet: Giuseppe Paris

Nový objav poskytuje príklad toho, čo sa môže stať po tejto fáze. Dvojica bielych trpaslíkov, ktorí obiehajú okolo seba, strácajú energiu vo forme gravitačných vĺn a nakoniec sa spoja. Ak sú mŕtve hviezdy dostatočne veľké, hovorí sa im supernova typu Ia. Ale ak sú pod určitým prahom hmotnosti, zhlukujú sa spolu do nového bieleho trpaslíka, ktorý je ťažší ako ktorákoľvek hviezda predkov. Tento proces zlučovania zvyšuje magnetické pole tejto hviezdy a urýchľuje jej rotáciu v porovnaní s materskou hviezdou.

Astronómovia tvrdia, že novoobjavený malý biely trpaslík pomenovaný ZTF J1901 + 1458 sa vydal neskoršou cestou evolúcie; Jeho predkovia sa spojili a vyprodukovali bieleho trpaslíka 1,35-násobku hmotnosti nášho Slnka. Magnetické pole bieleho trpaslíka je asi 1 miliarda krát silnejšie ako to naše Slnko a točí sa okolo svojej osi frenizovanou rýchlosťou jednej revolúcie každých sedem minút (nazývaných EPIC 2289392929, ktoré sa otáča každých 5,3 minút).

„Zachytili sme tento veľmi zaujímavý objekt, ktorý nebol dosť veľký na to, aby explodoval,“ hovorí Caiazzo. „Skutočne skúmame, aký obrovský môže byť biely trpaslík.“

Caiazzo a jeho kolegovia sa navyše domnievajú, že zlúčení bieli trpaslíci môžu byť dostatočne veľkí na to, aby sa z nich vyvinula mŕtva hviezda bohatá na neutróny alebo neutrónová hviezda, ktorá sa zvyčajne formuje v supernove. Hviezda oveľa hmotnejšia ako naše Slnko exploduje.

„Je to vysoko špekulatívne, ale je možné, že biely trpaslík je dostatočne veľký na to, aby sa ďalej zrútil na neutrónovú hviezdu,“ hovorí Caiazzo. „Je to také masívne a husté, že v jeho jadre sú elektróny zachytené protónmi v jadre a vytvárajú neutróny. Pretože tlak elektrónov tlačí proti gravitačnej sile a udržuje hviezdu neporušenú, keď je veľké množstvo, keď sú elektróny odstránené, jadro sa zrúti.

Ak je táto hypotéza o vzniku neutrónových hviezd správna, mohlo by to znamenať, že sa týmto spôsobom tvaruje značná časť ďalších neutrónových hviezd. Blízkosť novo nájdeného objektu (vzdialeného asi 130 svetelných rokov) a jeho mladý vek (asi 100 miliónov rokov alebo menej) naznačuje, že podobné objekty môžu byť v našej galaxii bežnejšie.

magnetické a rýchle

Bieleho trpaslíka prvýkrát spozoroval Caiazzov kolega Kevin Burge, postdoktorandský pracovník na Caltechu, po prehľadaní záberov z celého neba zachytených ZTF. Tento konkrétny biely trpaslík, keď bol analyzovaný v spojení s údajmi z Gaie, vynikal mimoriadne mohutnosťou a rýchlym otáčaním.

„Doteraz nikto nebol schopný systematicky detekovať astronomické udalosti v krátkom časovom horizonte v takom rozsahu. Výsledky týchto snáh sú prekvapivé,“ hovorí Burge, ktorý v roku 2019 viedol tím, ktorý vytvoril. objavil Dvojica bielych trpaslíkov obiehajúcich okolo seba každých sedem minút.

Tím potom analyzoval spektrum hviezdy pomocou Keckovho observatória s nízkym rozlíšením (LRIS) a Caiazza zasiahli podpisy veľmi silného magnetického poľa a uvedomil si, že on a jeho tím objavili niečo „veľmi zvláštne“. „Ako hovorí. Sila magnetického poľa spolu so sedemminútovou rýchlosťou otáčania objektu naznačovali, že išlo o výsledok zrážky dvoch malých bielych trpaslíkov do jedného.“

Údaje od spoločnosti Swift, ktorá pozoruje ultrafialové svetlo, pomohli odvodiť veľkosť a hmotnosť bieleho trpaslíka. ZTF J1901 + 1458 má s priemerom 2 670 míľ titul najmenšieho známeho bieleho trpaslíka a prekonáva doterajšie držiteľov rekordov RE J0317-853 a WD 1832 + 089, ktoré majú priemer okolo 3 100 míľ.

Caiazzo dúfa, že v budúcnosti využije ZTF na nájdenie ďalších takýchto bielych trpaslíkov a všeobecne na štúdium celej populácie. „Existuje veľa takýchto otázok, napríklad aká je miera fúzií bielych trpaslíkov v Mliečnej ceste a stačí to na vysvetlenie počtu supernov Ia? Ako sa vytvárajú magnetické polia pri týchto silných udalostiach a medzi bielymi trpaslíkmi?“ „Prečo sú také silné odchýlky v sile magnetického poľa? Zistenie veľkej populácie bielych trpaslíkov narodených pri fúziách nám pomôže odpovedať na všetky tieto otázky.“

Odkaz: „Vysoko magnetický a rýchlo sa otáčajúci biely trpaslík malý ako mesiac“, autor: Ilaria Caiazzo, Kevin B. Burge, James Fuller, Jeremy Heil, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richter, Josiah Schwab, Igor Andreini , Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Duve, Matthew J. Graham, George Halo, Ashish A. Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith a Mayen T. Soumignac, 30. júna 2021, Príroda.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-r

Štúdiu s názvom „Vysoko magnetický a rýchlo rotujúci biely trpaslík malý ako mesiac“ uskutočnila nadácia Rose Hills Alfred P. Sloan Foundation, NASA, Heising-Simmons Foundation, AF Morrison Fellowship of the Lick. Observatórium, NSF a Rada pre prírodovedný a technický výskum v Kanade.

LRIS. o

Spektrometer s nízkym rozlíšením (LRIS) je veľmi všestranný a ultra citlivý zobrazovač a spektrograf s viditeľnou vlnovou dĺžkou, ktorý na Kalifornskom technologickom inštitúte vyvinul Prof. Bev Ok a Prof. Navrhnutý tímom vedeným Judy Cohenovou a uvedený do prevádzky v roku 1993. Odvtedy prešla dvoma významnými aktualizáciami, ktoré ešte viac vylepšili jej možnosti: pridaním druhého modrého ramena optimalizovaného pre kratšie vlnové dĺžky svetla a inštaláciou citlivejších detektorov na najdlhšie (červené) vlnové dĺžky. Každé rameno je optimalizované na pokrytú vlnovú dĺžku. Tento veľký rozsah pokrytia vlnovými dĺžkami v kombinácii s vysokou citlivosťou prístroja umožňoval štúdium všetkého od komét (ktoré majú zaujímavé vlastnosti v ultrafialovej časti spektra), od tvorby hviezd cez modré svetlo až po veľmi vzdialené červené svetlo. predmety. Program LRIS tiež zaznamenáva spektrá až 50 objektov naraz, čo je obzvlášť užitočné na štúdium zhlukov galaxií v ďalekých koncoch vesmíru a v najrannejších dobách. LRIS použili na pozorovanie vzdialených supernov astronómovia, ktorí v roku 2011 dostali Nobelovu cenu za fyziku, na zistenie, že vesmír zrýchľuje svoju expanziu.

O observatóriu WM Keck

Ďalekohľady WM Keck Observatory patria medzi vedecky najproduktívnejšie na Zemi. Dva 10-metrové optické / infračervené ďalekohľady na vrchole Maunakea na Havajských ostrovoch obsahujú sadu pokročilých prístrojov vrátane snímačov, viacobjektových spektrografov, spektrografov s vysokým rozlíšením, spektrometrov s integrálnym poľom a popredného svetového adaptívneho optického systému Laser Guide Star. . Niektoré z tu uvedených údajov boli získané na Keckovom observatóriu, súkromnej neziskovej organizácii podľa 501 (c) 3, ktorá fungovala ako vedecké partnerstvo medzi Kalifornským technologickým inštitútom, Kalifornskou univerzitou a Národným úradom pre letectvo a vesmír. Observatórium bolo možné uskutočniť za štedrej finančnej podpory od Nadácie W. M. Kecka. Autori si želajú uznať a uznať veľmi dôležitú kultúrnu úlohu a rešpekt, ktorý mal samit Maunaque v rodnej havajskej komunite vždy. Máme šťastie, že sme mali možnosť pozorovať z tejto hory.