Рекордсмен среди белых карликов: ядро из неона вместо привычного углерода

Астрономы под руководством Стефана Арсено из Бостонского университета обнаружили, что массивный белый карлик SDSS J0608−0059 имеет ядро из кислорода и неона, а не из привычных углерода и кислорода. Результаты этого исследования, меняющего представления о жизни и смерти массивных звезд, опубликованы в престижном журнале The Astrophysical Journal.

Когда мы смотрим на ночное небо, большинство звезд кажутся нам вечными и неизменными. Но в действительности они проживают бурную жизнь, а их финал может быть самым разным. Особый интерес у ученых вызывают белые карлики — это своего рода «звездные призраки», остывающие ядра умерших солнц, которые больше не вырабатывают энергию. Большинство таких объектов имеют массу примерно вдвое меньше солнечной, и их недра состоят в основном из смеси углерода и кислорода. Однако группа астрофизиков из США решила пристально изучить одного весьма необычного представителя этого класса, который оказался настоящим рекордсменом по весу.

Исследуемый объект, обозначенный как SDSS J0608−0059, весит ни много ни мало 1,226 массы Солнца, что делает его одним из самых тяжелых белых карликов из когда-либо обнаруженных. При такой колоссальной массе он невероятно компактен, его радиус примерно вдвое меньше радиуса Земли. Согласно современным теориям, столь массивные остатки появляются только из очень крупных звезд-прародителей, которые в 8-10 раз массивнее нашего Солнца. В недрах таких гигантов условия настолько экстремальны, что углерод, который обычно является конечным продуктом звездного синтеза, не выдерживает и загорается снова, превращаясь в более тяжелые элементы — кислород и неон.

Самая большая сложность для астрономов заключалась в том, чтобы заглянуть внутрь этого плотного шара. Ведь мы не можем взять и разрезать звезду, чтобы посмотреть на ее состав. Телескопы регистрируют лишь излучение от ее тончайшей поверхностной оболочки, которая составляет менее одного процента от всей массы. Чтобы обойти это ограничение, команда применила хитрый косвенный метод. Они измерили так называемое гравитационное красное смещение, эффект, при котором свет, выбираясь из мощного гравитационного поля сверхплотной звезды, слегка теряет энергию и его волны растягиваются. Чем массивнее и плотнее объект, тем сильнее этот эффект.

Но белый карлик не одинок: он находится в паре с обычной звездой на огромном расстоянии друг от друга. Скорость движения этой звезды-компаньона была известна, что позволило ученым отделить эффекты, связанные с движением всей системы в пространстве, от чистого гравитационного красного смещения самого карлика. Однако красное смещение показывает только отношение массы к радиусу, а не каждую величину по отдельности. Чтобы получить точные цифры, исследователи сопоставили эти данные с несколькими независимыми обзорами неба, измерив яркость звезды в разных диапазонах. Путем сложного статистического моделирования им удалось рассчитать, что перед ними объект действительно сверхмассивный и крайне сжатый.

Получив точные значения массы и радиуса, ученые сравнили их с двумя теоретическими моделями: одна описывала белого карлика с углеродно-кислородным ядром, а вторая с кислородно-неоновым. Данные наблюдений уверенно указали на второй вариант. Более того, у команды ученых была возможность проверить, не является ли этот карлик продуктом слияния двух звезд, ведь подобные столкновения тоже иногда порождают тяжелые объекты.

Однако по ряду признаков, таким как спокойная скорость движения в галактике, отсутствие мощного магнитного поля и наличие далекой звезды-компаньона, ученые заключили, что SDSS J0608−0059 сформировался эволюционным путем, а не в результате катастрофического столкновения.

Это открытие важно не только как любопытный факт. Состав ядра определяет дальнейшую судьбу белого карлика. Обычные углеродно-кислородные объекты, если они «воруют» вещество у соседней звезды, могут взорваться как сверхновая типа Ia — ключевой инструмент для измерения расстояний во Вселенной. Кислородно-неоновые ядра ведут себя иначе: их конечная участь пока до конца не понятна, но ясно, что она может быть иной, что заставляет ученых пересмотреть эволюционные сценарии для самых массивных мертвых звезд.

Таким образом, астрономы впервые с высокой долей уверенности доказали существование белого карлика с кислородно-неоновым ядром естественного происхождения. Хотя полученные данные уже убедительны, ученые планируют продолжить наблюдения, особенно в ультрафиолетовом диапазоне, а также дождаться более точных данных от космического телескопа Gaia, чтобы еще сильнее укрепить свой вывод и окончательно понять, как именно живут и умирают самые тяжелые звезды во Вселенной.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях