Наконец-то может быть разгадана тайна белых карликов с сильными магнитными полями
Мы многого не знаем о белых карликовых звездах, но одна загадка, возможно, наконец-то имеет решение: как некоторые из этих космических объектов оказываются обладателями безумно мощных магнитных полей?
Согласно новым расчетам и моделированию, эти сверхплотные объекты могут иметь магнитосферу, генерирующую динамо – но самые сильные магнитные поля белых карликов, в миллион раз более мощные, чем земные, возникают только в определенных условиях.
Исследование не только решает несколько давних проблем, но и еще раз показывает, что очень похожие явления могут наблюдаться у совершенно разных астрономических объектов, и что иногда Вселенная больше похожа сама на себя, чем мы могли бы предположить вначале.
Белые карлики – это то, что мы в просторечии называем «мертвыми» звездами. Когда звезда, масса которой меньше, чем примерно в восемь раз превышает массу Солнца, достигает конца своего срока жизни, из-за того, что у нее заканчиваются элементы, подходящие для ядерного синтеза, она выбрасывает свой внешний материал. Оставшееся ядро коллапсирует в объект, масса которого в 1,4 раза меньше массы Солнца, упакованный в сферу размером с Землю.
Получившийся объект, ярко светящийся за счет остаточной тепловой энергии, является белым карликом, и он невероятно плотный. Всего одна чайная ложка материала белого карлика весит около 15 тонн, а значит, небезосновательно предполагать, что внутреннее устройство этих объектов будет сильно отличаться от внутреннего устройства таких планет как Земля.
Астрофизики пытались выяснить, как белые карлики могут иметь мощные магнитные поля в диапазоне до миллиона раз сильнее, чем у Земли. Для контекста, магнитное поле Солнца в два раза сильнее, чем у Земли, поэтому с белыми карликами должно происходить что-то необычное.
Однако здесь возникает небольшая сложность. Только некоторые белые карлики имеют мощные магнитные поля. Белые карлики в отделившихся двойных звездах – в которых ни одна из звезд не выходит за пределы области пространства, в которой звездный материал связан гравитацией, известной как полость Роша – возрастом менее миллиарда лет не имеют таких магнитных полей.
Но для белых карликов в частично разделенных двойных системах, где одна из звезд выходит из своей полости Роша, а белый карлик гравитационно вытягивает материал из своего более легкого компаньона, более трети из них демонстрируют сильные магнитные поля. Несколько белых карликов с сильным магнитным полем также появляются в более старых обособленных двойных системах.
Модели звездной эволюции не смогли объяснить, как это происходит, поэтому международная группа астрофизиков применила другой подход, предложив динамо ядра, которое развивается со временем, а не в момент образования белого карлика.
Это динамо представляет собой вращающуюся, конвективную и электропроводящую жидкость, которая преобразует кинетическую энергию в магнитную, раскручивая магнитное поле в пространстве. В случае Земли конвекция создается жидким железом, движущимся вокруг ядра.
«Мы давно знали, что в нашем понимании магнитных полей белых карликов чего-то не хватало, поскольку статистика, полученная в результате наблюдений, просто не имела смысла», — сказал физик Борис Гансике из Уорикского университета в Великобритании.
«Идея о том, что, по крайней мере, в некоторых из этих звезд, поле создается динамо-машиной, может разрешить этот парадокс».
Когда белый карлик впервые формируется, сразу после потери внешней оболочки, он очень горячий и состоит из жидкого углерода и кислорода. Согласно модели команды, когда ядро белого карлика охлаждается и кристаллизуется, тепло, уходящее наружу, создает конвекционные потоки, очень похожие на то, как жидкость движется внутри Земли, создавая динамо-машину.
«Поскольку скорости в жидкости могут стать намного выше у белых карликов, чем на Земле, генерируемые поля потенциально намного сильнее», — пояснил физик Маттиас Шрайбер из Технического университета Федерико Санта-Мария в Чили.
«Этот динамо-механизм может объяснить частоту появления сильномагнитных белых карликов во многих различных контекстах, особенно белых карликов в двойных звездах».
По мере того как белый карлик остывает и стареет, его орбита с двойным компаньоном становится все ближе. Когда спутник превышает свою полость Роша и белый карлик начинает аккрецировать материал, скорость вращения белого карлика увеличивается; это более быстрое вращение также влияет на динамо-машину, создавая еще более сильное магнитное поле.
Если это магнитное поле достаточно сильное, чтобы соединиться с магнитным полем двойного компаньона, двойной компаньон создает крутящий момент, который заставляет его орбитальное движение синхронизироваться со спином белого карлика, что, в свою очередь, заставляет двойного компаньона отделяться от своей полости Роша, возвращая систему в отделенный двоичный диск. Со временем этот процесс повторится.
Вероятно, потребуется другой механизм для объяснения очень сильной напряженности магнитного поля белого карлика, но на данный момент результаты группы согласуются с наблюдениями. Белые карлики в обособленных двойных системах старше миллиарда лет, и ранее они испытывали массоперенос на полуотключенной стадии, прерванной появлением дикого магнитного поля.
Если модель группы точна, будущие наблюдения за белыми карликами будут и дальше соответствовать их результатам.
Исследование было опубликовано в журнале .
