Această pitică albă are „două fețe” – Ars Technica

Astronomii au descoperit o stea pitică albă cu o nuanță neobișnuit de albastră, care are două „fețe” distincte: una care conține hidrogen și cealaltă parte fiind heliu, potrivit frunză nouă Publicat în revista Nature. Desigur, au numit-o vedeta dublu fatadupă zeul roman cu două fețe al dualității și al transmigrării.

După cum am menționat mai devreme, o pitică albă este în esență miezul arzător al unei stele moarte. Una dintre primele stele pitice albe care a fost descoperită, numită 40 Eridani b, cu o densitate de peste 25.000 de ori mai mare decât cea a Soarelui, împachetat într-un volum mult mai mic (aproximativ de dimensiunea Pământului) – o deducție observațională pe care astronomii au considerat-o inițial imposibilă. A doua pitică albă, Sirius b, orbitează în jurul stelei Sirius), a fost descoperită la scurt timp după și a apărut incredibil de dens (de aproximativ 200.000 de ori densitatea Pământului).

Această densitate intensă provine din mecanismul neobișnuit din spatele presiunii interne a stelei pentru a preveni prăbușirea acesteia sub influența gravitației. Stelele obișnuite depind de energia eliberată de fuziunea nucleară, dar fuziunea sa oprit la piticele albe. Deci gravitația a comprimat toată materia stelei în interior atât de strâns încât electronii ei s-au zdrobit împreună, formând „Dezintegrarea de electroniAcest lucru se întâmplă din cauza mecanicii cuantice, în special Principiul excluderii Pauli, care afirmă că doar doi electroni pot fi în același nivel de energie. Gazele normale nu încalcă acest principiu, deoarece există suficient spațiu între electroni pentru a împiedica umplerea tuturor nivelurilor de energie din atomi. Dar într-un gaz degenerat, electronii Do Toate nivelurile de energie se umplu și acest lucru determină o forță de presiune externă pentru a opri prăbușirea stelei.

Cu cât o pitică albă are mai multă masă, cu atât va fi mai mică, deoarece trebuie să creeze suficientă presiune internă pentru a susține toată această masă. Deoarece gravitația la suprafață a stelei este de 100.000 de ori mai mare decât cea a Pământului, atomii mai grei se scufundă în atmosfera sa, lăsând atomi mai ușori la suprafață. Prin urmare, atmosfera unei pitici albe este de obicei compusă din hidrogen pur sau heliu pur.

Acesta este motivul pentru care această ultimă descoperire a unei pitici albe este atât de intrigantă. Astronomul Ilaria Caiazzo, cercetător postdoctoral la Caltech, l-a văzut pe Janus (denumit oficial ZTF J203349.8+322901.1) în timp ce folosea Facilitatea de tranzit Zwicky (ZTF) pentru a căuta pitice albe foarte magnetizate. ZTF este o cameră robotizată atașată la telescopul Samuel Oschin, în vârstă de 70 de ani, la Observatorul Palomar în comitatul San Diego. ZTF efectuează sondaje automate ale cerului nopții, căutând obiecte care explodează sau variază în luminozitate: supernove, stele care sunt lovite de găuri negre, asteroizi și comete, de exemplu. Scanează întreg cerul timp de trei nopți și planul vizibil al galaxiei de două ori în fiecare noapte.

Observațiile ulterioare cu instrumentul CHIMERA la Palomar și Gran Telescopio Canarias din Spania au arătat că Janus se rotește pe axa sa aproximativ la fiecare 15 minute. Dar datele observaționale obținute de la Observatorul WM Keck din Hawaii au dezvăluit spectrul neobișnuit al stelei, adică semnătura sa chimică distinctivă: o parte este hidrogen, cealaltă este heliu. Kiazuo și colegii ei cred că aceasta ar putea fi o pitică albă prinsă în mijlocul unei tranziții rare de la hidrogen la o suprafață dominată de heliu.

Dar asta nu explică de ce o parte călătorește mai repede decât cealaltă. Astronomii au în prezent două ipoteze pentru a explica acest fenomen ciudat și ambele sunt legate de câmpurile magnetice. Se presupune că câmpurile magnetice ale lui Janus ar putea fi asimetrice. „Câmpurile magnetice pot împiedica amestecarea materialelor”, spuse Caiazzo. „Deci, dacă câmpul magnetic este mai puternic pe o parte, acea parte va avea mai puțină amestecare și, prin urmare, mai mult hidrogen”. Poate că partea cu heliu a lui Janus pare atât de clocotită, deoarece convecția a îndepărtat stratul subțire de hidrogen de la suprafață, dezvăluind heliul de dedesubt.

Celălalt este că câmpurile magnetice ale stelei pot modifica presiunea și densitatea gazelor atmosferice. „Câmpurile magnetice pot scădea presiunea gazului din atmosferă, iar acest lucru poate permite oceanelor de hidrogen să se formeze acolo unde câmpurile magnetice sunt cele mai puternice.” a spus coautorul James Fuller, un astrofizician teoretic la Caltech. „Nu știm care dintre aceste teorii sunt corecte, dar nu ne putem gândi la nicio altă modalitate de a explica aspectele asimetrice fără câmpuri magnetice”.

Următorul pas este de a localiza mai multe stele pitice albe cu două fețe, ceea ce ar trebui să fie mai ușor de realizat atunci când Observatorul Vera C. Rubin va intra online, împreună cu Sondajul Sloan Digital Fifth Sky Survey. Astronomii au observat deja diferențe spectrale mai puțin extreme la o altă pitică albă (GD 323). Autorii concluzionează că „Janus poate, prin urmare, să nu fie un exemplu izolat, ci mai degrabă cel mai izbitor membru al clasei piticelor albe cu două fețe”.

DOI: Nature, 2023. 10.1038 / s41586-023-06171-9 (despre DOI).

Imagine de listare de K. Miller/Caltech/IPAC