Астрономы впервые открыли «двуликий» белый карлик

Астрономические наблюдения за сильно намагниченными белыми карликами, находящимися на расстоянии более 1000 световых лет от Земли, выявили объект с уникальными процессами. Одна сторона атмосферы белого карлика практически полностью состоит из водорода, другая — практически полностью из гелия. Впервые в истории астрономии ученые наблюдали белый карлик, у которого внешние слои кардинально различаются по химическому составу. Статья об этом опубликована в журнале Nature.

Белые карлики — компактные тела, масса которых сравнима с массой Солнца, а радиус — с радиусом Земли (6371 километр). Образуются они на финальных стадиях эволюции звезд, чья масса не превышает 8-10 масс Солнца.

Со временем эти относительно легкие светила «стареют» и превращаются в красных гигантов. Постепенно в недрах красных гигантов заканчивается топливо для термоядерных реакций и внешние слои начинают расширяться, а ядро — сжиматься. В итоге внешние слои звезды становятся планетарной туманностью, а само ядро — белым карликом.

По сути, это уже не звезды, поскольку в их недрах не идут термоядерные реакции. Белые карлики остывают очень медленно, хотя у них нет постоянных внутренних источников тепла. Эти тела обладают малыми размерами, а значит, излучают относительно мало энергии.

В основном белые карлики состоят из углерода, водорода, кислорода, гелия, магния, неона. В некоторых случаях (зависит от массы) в их составе встречаются тяжелые элементы, но в небольших количествах. Самые легкие химические элементы, водород и гелий, поднимаются, пополняя внешние слои — атмосферу. Более тяжелые под воздействием сильной гравитации опускаются к ядру (в его состав входят O, Ne и Mg).

Когда белые карлики остывают, температура опускается до 30 тысяч кельвинов, слои атмосферы начинают расширяться, слой водорода и слой гелия смешиваются друг с другом, поэтому химический состав атмосферы этих тел неоднороден. По крайне мере, так думали до недавнего времени, пока американские астрономы из Калифорнийского технологического института не открыли белый карлик, который полностью меняет представление об атмосфере этих объектов.

Во время наблюдения за группой сильно намагниченных белых карликов, которые проводили астрономы при помощи установки для поиска транзиентов имени Цвикки (Zwicky Transient Facility), подключенной к телескопу имени Сэмюэля Ошина (Samuel Oschin Telescope) в Паломарской обсерватории, ученые наткнулись на нетипичное поведение одного из объектов. Белый карлик, который обозначили как ZTF J203349.8+322901.1, выделялся на фоне других быстрым изменением яркости.

Ученые запросили дополнительные наблюдения космического тела, их интересовал химический состав атмосферы ZTF J203349.8+322901.1. Спектрометр высокого разрешения в обсерватории Кека показал, что внешние слои объекта не смешиваются: на одной из его сторон регистрируется водород, но нет гелия, на другой — гелий без водорода, что нетипично для этого класса тел.

Белый карлик назвали в честь двуликого римского бога Януса. Исследователи пока не могут объяснить феномен его атмосферы, но у них есть несколько гипотез. Одна из них гласит, что причина, по которой газы из разных полушарий белого карлика не смешались, — магнитные поля.

«Магнитные поля вокруг космических тел, как правило, асимметричны или могут быть сильнее с одной из сторон атмосферы. Если магнитное поле сильнее с одной стороны, оно может помешать смешиванию газов, следовательно, в этой части будет происходить неравномерное их распределение, будет преобладать слой с самым легким элементом — водородом», — объяснила Илария Кайаццо, руководитель исследования и научный сотрудник Калифорнийского технологического института.

Чтобы решить загадку «двуликого» Януса, команде американских ученых необходимо исследовать как можно больше подобных белых карликов. Искать их будут при помощи все той же установки Zwicky Transient Facility.

Янус может быть самым «ярким» представителем сильно намагниченных белых карликов. Ученые считают, что подобные объекты помогут в будущем лучше понять механизмы эволюции таких тел.