Астрономы обнаружили металлическое «полярное сияние» на белом карлике

Белые карлики — остатки звезд малой и средней массы, которые прошли стадии расширения до красного гиганта и сброса внешней оболочки, формирующей планетарную туманность. Для этого масса звезды-прародителя не должна превышать примерно десятка солнечных. Наше Солнце также пройдет эти этапы через несколько миллиардов лет.

В процессе расширения звезды она может поглотить планеты и астероиды в своей системе, если им не посчастливилось иметь орбиту в пределах разросшегося красного гиганта. Например, размер Солнца, расширившегося таким образом, вполне может достичь орбиты Земли. В то же время в 63 световых годах от нас звезда WD 0816-310 уже прошла все эти стадии и стала белым карликом.

Международная группа астрономов изучила WD 0816-310 при помощи очень большого телескопа Европейской южной обсерватории и заметила крайне необычную деталь. Проведя спектроскопические наблюдения, команда обнаружила меняющийся во времени сигнал от металлов (Na, Mg, Ca, Cr, Mn, Fe и Ni) на поверхности белого карлика. Полученные данные не просто свидетельствуют о загрязненности белого карлика металлами, но и о том, что эти металлы неравномерно распределены по поверхности звезды.

Дополнив наблюдения данными спектрополяриметрии, исследователи заметили синхронизированные с металлической областью изменения магнитного поля WD 0816-310. По мнению авторов исследования, это указывает на то, что металлический «шрам» расположен на одном из магнитных полюсов белого карлика. Более подробно о результатах наблюдения и своих выводах по ним ученые сообщают в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters. 

«Удивительно, но материал не был равномерно распределен по поверхности звезды, как предсказывает теория. Вместо этого этот шрам представляет собой концентрированный участок планетарного материала, удерживаемый магнитным полем. Ничего подобного никто раньше не наблюдал», — поясняет соавтор исследования Джон Лэндстрит (John Landstreet), профессор Университета Западного Онтарио в Канаде.

Кроме того, исследователи смогли подсчитать, что материал для металлической области мог быть получен WD 0816-310 при поглощении астрономического объекта размером с Весту (самый большой и массивный астероид главного пояса Солнечной системы диаметром более 500 километров). И если не будет поступления нового материала, с течением времени эта область уменьшится, постепенно погружаясь внутрь белого карлика.

Астрономы также предложили механизм формирования данного металлического «шрама». Оказавшийся слишком близко к белому карлику предполагаемый астрономический объект испарился, став полностью газообразным. Испаренный материал затем был ионизирован и «стек» на магнитные полюса звезды вдоль линий ее магнитного поля. 

Этот процесс имеет сходство с тем, как формируются полярные сияния на Земле и других планетах Солнечной системы. Подобное происходит, когда ионы солнечного ветра направляются магнитным полем планеты в области магнитных полюсов. Там они сталкиваются с молекулами газов верхних слоев атмосферы и возбуждают их, что приводит к излучению в видимом диапазоне.