Магнитные поля позволяют белым карликам нарушить предел Чандрасекара

Индийские астрофизики выяснили, что магнитные поля позволяют белым карликам превышать предел Чандрасекара. Исследование, проведенное в Индийском институте науки (IISc) под руководством профессора Банибраты Мукхопадхая, показало: намагниченный белый карлик может весить до 2,4 массы Солнца — почти вдвое больше классического предела. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Белый карлик это то, что остается от звезды вроде нашего Солнца после того, как она исчерпает топливо и сбросит внешние слои. Остается ядро размером примерно с Землю, но очень плотное. Еще в тридцатые годы прошлого века индийский физик Субраманьян Чандрасекар рассчитал, что у такого объекта есть верхний предел массы — около 1,4 массы Солнца.

Если масса больше, гравитация неизбежно побеждает, и белый карлик либо коллапсирует, либо взрывается. Этот предел стал фундаментом астрофизики: на нем держится понимание сверхновых типа Ia, которые используют как «стандартные свечи» для измерения космических расстояний. Но наблюдения последних лет начали подтачивать эту уверенность. Некоторые сверхновые вспыхивали слишком ярко, намекая на то, что их прародители весили заметно больше 1,4 солнечных масс. А отдельные белые карлики, наоборот, оказывались крупнее, чем положено при их массе. Все это требовало объяснения.

Команда из IISc решила проверить, не может ли магнитное поле изменить правила игры. Для этого они взяли компьютерный код STARS, разработанный в Кембриджском университете для моделирования звездной эволюции, и добавили в него два важных элемента: эффекты магнитного поля и охлаждение белых карликов. Это позволило проследить весь путь звезды, от главной последовательности, где она миллиарды лет превращает водород в гелий в ходе термоядерных реакций, до превращения в белый карлик.

Затем исследователи смоделировали двойную систему, в которой белый карлик перетягивает вещество со звезды-компаньона. По мере накопления массы белый карлик сжимается, становится плотнее, и его магнитное поле усиливается. Это усиленное поле создает дополнительное давление изнутри, которое помогает ему противостоять собственной гравитации. В результате белый карлик может удерживать массу, которая без магнитной поддержки была бы для него смертельной.

В одной из моделей углеродно-кислородный белый карлик массой 1,02 солнечных масс, образовавшийся из звезды в 8 солнечных масс, набирал вещество со скоростью 10⁻⁹ солнечных масс в год. Намагниченная версия дотянула до 2,4 солнечных масс. Та же модель без магнитного поля остановилась на 1,4. Разница почти двукратная. Более того, расчеты показали, что новый предел зависит от геометрии магнитного поля, скорости аккреции и темпа охлаждения.

Это не просто уточнение старой цифры, а целая система новых ограничений, которые могут объяснить и необычно крупные белые карлики вроде SDSS J123204.19+522548.2, и загадочно яркие сверхновые вроде SN 2003fg. Если разные сверхновые типа Ia происходят от прародителей с разными массами и магнитными свойствами, то их светимость может различаться сильнее, чем считалось. А значит, при измерении космических расстояний это придется учитывать. Предел Чандрасекара не отменяется, но его значение перестает быть универсальной константой, оно зависит от того, насколько сильно намагничен конкретный белый карлик.

В итоге моделирование показало, что сильные внутренние магнитные поля способны поднять верхний предел массы белого карлика с классических 1,4 до примерно 2,4 массы Солнца, а возможно и выше. Это не только объясняет природу сверхъярких сверхновых и необычно крупных белых карликов, но и заставляет пересмотреть подход к использованию сверхновых типа Ia как надежных «стандартных свечей» для измерения расширения Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях