Тайна двуликой звезды: белый карлик сочетает в себе водород и гелий и вызывает изумление ученых

Белые карлики — горячие остатки звезд, которые завершили свой жизненный цикл и исчерпали свои ядерные запасы. Под действием сильного гравитационного поля тяжелые элементы опускаются к центру звезды, а легкие элементы поднимаются к поверхности. Обычно верхний слой атмосферы белого карлика содержит только самый легкий элемент, обычно водород или гелий. Поэтому обнаружение белого карлика, который имеет разные элементы на разных сторонах, является редким и интересным случаем.


Группа ученых из США, Франции и Германии, возглавляемая исследовательницей Иларией Каяццо из Калифорнийского технологического института, сделала необычное открытие. Они наблюдали белый карлик ZTF J203349.8+322901.1, который находится на расстоянии около 1300 световых лет от Земли. Они обнаружили, что этот объект имеет очень необычные характеристики: он имеет массу около 1,35 массы Солнца, но диаметр всего 2400 километров. Это означает, что его плотность составляет около 1 миллиона грамм на кубический сантиметр, что в 200 тысяч раз больше, чем у Солнца. Кроме того, этот белый карлик имеет очень сильное магнитное поле, примерно в миллиард раз больше, чем у Солнца, и вращается вокруг своей оси с периодом около 6 минут. Илария Каяццо изучила этот феномен с использованием камеры Zwicky Transient Facility (ZTF) в Паломарской обсерватории в США.

Ученые предполагают, что такой экстремальный белый карлик образовался в результате слияния двух менее массивных белых карликов, которые были частью двойной системы. Этот процесс привел к увеличению массы и плотности звезды, а также к возникновению мощного магнитного поля и быстрому вращению. Такое слияние может быть редким явлением в нашей Галактике, поскольку требует очень точного совпадения параметров орбит двух звезд.

Исследование этого белого карлика помогает понять процессы, которые происходят при слиянии звезд и формировании новых объектов. Также это может дать новые подсказки о том, какие условия необходимы для возникновения гравитационных волн — ряби в пространстве-времени, которые возникают при столкновении массивных тел.

Но самое удивительное открытие ученых — то, что этот белый карлик имеет две разные стороны: одна из них состоит почти полностью из водорода, а другая — почти полностью из гелия. Это первый случай, когда ученые обнаружили такой «двуликий» белый карлик. Как это возможно?

Ученые считают, что причиной такой «двуликости» является действие магнитного поля внутри звезды. Магнитные поля могут влиять на поведение и движение звездного материала, а в свою очередь, на процессы ядерного синтеза и эволюцию звезды. В случае ZTF J203349.8+322901.1 магнитное поле создает неоднородность в температуре, давлении или силе перемешивания на поверхности звезды. Это приводит к тому, что на одной стороне звезды водород сгорает в гелий быстрее, чем на другой, и поэтому образуется разница в составе атмосферы.

Этот белый карлик может быть самым экстремальным представителем класса магнитных, переходящих белых карликов — тех, которые меняют свой спектральный тип от водородного к гелиевому по мере охлаждения. К такому классу также относится GD 323 (ref. 12), белый карлик, который показывает похожие, но гораздо менее заметные изменения. Этот класс белых карликов может помочь раскрыть физические механизмы, стоящие за спектральной эволюцией белых карликов.

Белые карлики — не только уникальные по своим свойствам звезды, но и участники различных астрономических феноменов. Например, белые карлики могут излучать рентгеновские лучи, аккретировать материю от своих спутников, а также стать причиной термоядерных взрывов, называемых сверхновыми типа Ia. Белые карлики также могут образовывать двойные системы с другими белыми карликами или с нейтронными звездами. В некоторых случаях, белые карлики могут даже сливаться друг с другом, что может привести к образованию новых звезд или черных дыр.

Белые карлики были открыты в конце XIX века, когда астрономы обнаружили, что Сириус B — спутник самой яркой звезды на небе — имеет очень маленький размер и очень высокую плотность. С тех пор белые карлики стали объектом интенсивного изучения и поиска разными методами. Сейчас известно около 10 тысяч белых карликов в нашей Галактике, а самый близкий из них — Процион B — находится на расстоянии в 11,4 световых лет от Земли. Белые карлики — удивительные объекты, которые могут рассказать нам многое о процессах, происходящих внутри звезд.