Обнаружили белый карлик с водородной и гелиевой атмосферой
Впервые для белых карликов, выгоревших ядер мертвых звезд, астрономы обнаружили, что по крайней мере один член этого космического семейства двуликий. Одна сторона белого карлика состоит из водорода, а другая — из гелия. «Поверхность белого карлика полностью меняется с одной стороны на другую», — говорит Илария Кайаццо, научный сотрудник Калифорнийского технологического института, возглавляющая новое исследование результатов в журнале Nature. «Когда я показываю наблюдения людям, они в восторге». Белые карлики — это обжигающие остатки звезд, которые когда-то были похожи на наше Солнце. По мере того, как звезды стареют, они превращаются в красных гигантов; в конце концов, их внешний пушистый материал сдувается, а ядра сжимаются в плотные, раскаленные добела белые карлики. Наше Солнце превратится в белого карлика примерно через 5 миллиардов лет.
Новооткрытый белый карлик, получивший прозвище Янус в честь двуликого римского бога перехода, был первоначально обнаружен Zwicky Transient Facility (ZTF), инструментом, который каждую ночь сканирует небо из Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института недалеко от Сан-Диего. Кайаццо искала сильно намагниченные белые карлики, такие как объект, известный как ZTF J1901+1458, который она и ее команда нашли ранее с помощью ZTF. Один объект-кандидат отличался быстрыми изменениями яркости, поэтому Кайаццо решил провести дальнейшее исследование с помощью инструмента CHIMERA в Паломаре, а также HiPERCAM на Гран-телескопе Канарских островов на Канарских островах в Испании. Эти данные подтвердили, что Янус вращается вокруг своей оси каждые 15 минут.
Последующие наблюдения, проведенные с помощью обсерватории WM Keck на вершине Маунакеа на Гавайях, выявили драматическую двуликую природу белого карлика. Команда использовала прибор под названием спектрометр, чтобы распределить свет белого карлика на радугу длин волн, которые содержат химические отпечатки пальцев. Данные показали присутствие водорода, когда в поле зрения была одна сторона объекта (без признаков гелия), и только гелия, когда в поле зрения повернулась другая сторона. Что могло заставить белого карлика, парящего в одиночестве в космосе, иметь такие совершенно разные лица? Команда признает, что они сбиты с толку, но выдвинула несколько возможных теорий. Одна из идей состоит в том, что мы можем быть свидетелями того, как Янус проходит редкую фазу эволюции белых карликов. «Не все, но некоторые белые карлики переходят от преобладания водорода к гелию на своей поверхности», — объясняет Кайаццо. «Возможно, мы поймали одного такого белого карлика на месте преступления».
После образования белых карликов их более тяжелые элементы опускаются к их ядрам, а их более легкие элементы — водород является самым легким из всех — всплывают на поверхность. Но со временем, когда белые карлики остывают, считается, что материалы смешиваются друг с другом. В некоторых случаях водород подмешивается внутрь и разбавляется, так что гелий становится более распространенным. Янус может олицетворять эту переходную фазу, но возникает один насущный вопрос: почему переход происходит таким бессвязным образом, когда одна сторона развивается раньше другой? Ответ, по мнению научной группы, может заключаться в магнитных полях. «Магнитные поля вокруг космических тел, как правило, асимметричны или сильнее с одной стороны», — объясняет Кайаццо. «Магнитные поля могут препятствовать смешиванию материалов. Таким образом, если магнитное поле сильнее с одной стороны, то на этой стороне будет меньше смешивания и, следовательно, больше водорода».
Другая теория, предложенная командой для объяснения двух лиц, также зависит от магнитных полей. Но в этом сценарии считается, что поля изменяют давление и плотность атмосферных газов. «Магнитные поля могут привести к снижению давления газа в атмосфере, и это может привести к образованию водородного «океана» там, где магнитные поля самые сильные», — говорит соавтор Джеймс Фуллер, профессор теоретической астрофизики Калифорнийского технологического института. «Мы не знаем, какая из этих теорий верна, но мы не можем придумать никакого другого способа объяснить асимметричные стороны без магнитных полей». Чтобы помочь решить эту загадку, команда надеется найти больше белых карликов, похожих на Януса, с помощью обзора неба ZTF. «ZTF очень хорошо находит странные объекты, — говорит Кайаццо. По ее словам, будущие исследования, такие как те, которые будут выполняться обсерваторией Веры С. Рубин в Чили, должны сделать поиск переменных белых карликов еще проще.
