Самый маленький и самый массивный белый карлик из когда-либо виденных

Тлеющий пепел, образовавшийся при слиянии двух менее массивных белых карликов, является тяжелым, «упаковывая массу, превышающую массу нашего Солнца, в тело размером с нашу Луну», – говорит Илария Кайаццо, научный сотрудник Шермана Фэирчайлда, научный сотрудник по теоретическим исследованиям. Астрофизика из Калифорнийского технологического института и ведущий автор нового исследования.

На этой иллюстрации изображен недавно обнаруженный ZTF маленький белый карлик, имеющий 4300 километров в поперечнике или примерно равный размеру Луны, которая имеет диаметр 3500 километров. Два тела показаны рядом друг с другом для сравнения размеров. Горячий молодой белый карлик также является самым массивным из известных белых карликов, он весит в 1,35 раза больше, чем наше Солнце. Предоставлено: Джузеппе Паризи.

«Это может показаться нелогичным, но белые карлики меньшего размера оказываются более массивными. Это связано с тем, что у белых карликов отсутствует ядерное горение, которое удерживает нормальные звезды от их собственной гравитации, а их размер регулируется квантовой механикой ».

Белые карлики – это разрушенные остатки звезд, которые когда-то были примерно в восемь раз больше массы нашего Солнца или меньше. Наше Солнце, например, после того, как оно впервые превратится в красного гиганта примерно за 5 миллиардов лет, в конечном итоге сбросит свои внешние слои и сожмется в компактный белый карлик. Около 97 процентов всех звезд становятся белыми карликами.

В то время как наше Солнце находится в космосе в одиночестве без звездного партнера, многие звезды вращаются вокруг друг друга парами. Звезды стареют вместе, и если их масса меньше восьми солнечных масс, они обе превратятся в белых карликов.

Новое открытие представляет собой пример того, что может произойти после этого этапа. Пара белых карликов, которые вращаются друг вокруг друга, теряют энергию в виде гравитационных волн и в конечном итоге сливаются. Если мертвые звезды достаточно массивны, они взрываются, превращаясь в сверхновую типа Ia. Но если они ниже определенного порога массы, они объединяются в новый белый карлик, который тяжелее любой звезды-прародителя. Этот процесс слияния усиливает магнитное поле этой звезды и ускоряет ее вращение по сравнению с вращением ее предшественников.

Астрономы говорят, что недавно обретенный крошечный белый карлик, названный ZTF J1901 + 1458, пошел последним путем эволюции; его предки слились и создали белый карлик, в 1,35 раза превышающий массу нашего Солнца. Белый карлик имеет экстремальное магнитное поле, почти в 1 миллиард раз сильнее, чем у нашего Солнца, и вращается вокруг своей оси с бешеной скоростью – один оборот каждые семь минут (самый энергичный из известных белых карликов, названный EPIC 228939929, вращается каждые 5,3 минуты).

«Мы поймали этот очень интересный объект, который не был достаточно массивным, чтобы взорваться», – говорит Каяццо. «Мы действительно исследуем, насколько массивным может быть белый карлик».

Более того, Каяццо и ее сотрудники считают, что объединенный белый карлик может быть достаточно массивным, чтобы превратиться в богатую нейтронами мертвую звезду или нейтронную звезду, которая обычно образуется, когда звезда, намного более массивная, чем наше Солнце, взрывается в сверхновой.

«Это очень умозрительно, но вполне возможно, что белый карлик достаточно массивен, чтобы в дальнейшем коллапсировать в нейтронную звезду», – говорит Каяццо. «Он настолько массивен и плотен, что в его ядре электроны захватываются протонами в ядрах с образованием нейтронов. Поскольку давление электронов противодействует силе гравитации, сохраняя звезду нетронутой, ядро ​​коллапсирует, когда удаляется достаточно большое количество электронов ».

Если эта гипотеза нейтронного звездообразования верна, это может означать, что значительная часть других нейтронных звезд принимает форму именно таким образом. Близость нового обнаруженного объекта (около 130 световых лет) и его молодой возраст (около 100 миллионов лет или меньше) указывают на то, что подобные объекты могут чаще встречаться в нашей галактике.

Магнитный и быстрый

Белый карлик был впервые замечен коллегой Каяццо Кевином Берджем, докторантом Калифорнийского технологического института, после просмотра изображений всего неба, сделанных ZTF. Этот конкретный белый карлик, при анализе в сочетании с данными Гайи, выделялся тем, что был очень массивным и имел быстрое вращение.

«До сих пор никому не удавалось систематически исследовать краткосрочные астрономические явления в таком масштабе. Результаты этих усилий ошеломляют », – говорит Бердж, который в 2019 году возглавлял команду, обнаружившую пару белых карликов, летающих друг вокруг друга каждые семь минут.

Затем команда проанализировала спектр звезды с помощью спектрометра низкого разрешения (LRIS) обсерватории Кека, и именно тогда Кайаццо был поражен сигнатурами очень мощного магнитного поля и понял, что она и ее команда обнаружили что-то «очень особенное, Как она говорит. Сила магнитного поля вместе с семиминутной скоростью вращения объекта указала, что это было результатом слияния двух меньших белых карликов в один.

Данные компании Swift, которая наблюдает за ультрафиолетовым светом, помогли определить размер и массу белого карлика. ZTF J1901 + 1458 с диаметром 2670 миль обеспечивает звание самого маленького известного белого карлика, опережая предыдущих рекордсменов RE J0317-853 и WD 1832 + 089, каждый из которых имеет диаметр около 3100 миль.

В будущем Каяццо надеется использовать ZTF для поиска большего количества белых карликов, подобных этому, и, в целом, для изучения населения в целом. «Есть так много вопросов, на которые нужно ответить, например, какова скорость слияния белых карликов в галактике, и достаточно ли этого, чтобы объяснить количество сверхновых типа Ia? Как магнитное поле генерируется в этих мощных событиях и почему между белыми карликами наблюдается такое разнообразие значений напряженности магнитного поля? Обнаружение большой популяции белых карликов, рожденных в результате слияний, поможет нам ответить на все эти и многие другие вопросы ».