Ученые нашли решение загадки загрязнения белых карликов металлами

Мертвые звезды, известные как белые карлики, имеют массу Солнца, но по размеру схожи с Землей. Они очень распространены в нашей галактике — 97% звезд это белые карлики. Когда звезды достигают конца своей жизни, их ядра схлопываются в плотный шар  — белый карлик.

Несмотря на их распространенность, химический состав этих остатков звезд уже много лет остается загадкой для астрономов. Присутствие элементов, таких как кремний, магний и кальций, на поверхности многих из этих компактных объектов является загадочным открытием, которое бросает вызов нашим ожиданиям относительно поведения звезд.

«Мы знаем, что если эти тяжелые металлы присутствуют на поверхности белого карлика, белый карлик достаточно плотный, поэтому эти тяжелые металлы должны очень быстро опуститься к ядру», — объясняет аспирант JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) Тацуя Акиба. «Итак, мы не должны видеть никаких металлов на поверхности белого карлика, если белый карлик что-то активно не ест».

Хотя белые карлики могут поглощать различные близлежащие объекты, такие как кометы или астероиды (известные как планетезимали), тонкости этого процесса еще полностью не изучены. Однако такое поведение может стать ключом к разгадке тайны металлического состава белого карлика, что потенциально может привести к захватывающим открытиям о динамике белых карликов.

Исследователи из JILA полагают, что они нашли причину, по которой белые карлики поедают ближайшие планетезимали. Используя компьютерное моделирование, ученые смоделировали белый карлик, получивший «родовой удар» во время своего формирования (который наблюдался), вызванный асимметричной потерей массы, изменяющей его движение и динамику любого окружающего материала.

В 80% своих тестовых запусков исследователи наблюдали, что после удара орбиты комет и астероидов в диапазоне от 30 до 240 а.е. от белого карлика (что соответствует расстоянию между Солнцем и Нептуном и далее) становились вытянутыми. Более того, около 40% «съеденных» впоследствии планетезималей происходят с обратных (ретроградных) орбит.

Что такое родовой удар применительно к астрофизике? Родовой удар, также известный как натальный удар, представляет собой движение отдачи, которое испытывает новообразованная звезда во время своего рождения. Это происходит, когда протозвезда коллапсирует и образует плотное ядро, в результате чего внешние слои выбрасываются в противоположных направлениях, что приводит к толчку или отдаче.

Исследователи также расширили свои расчеты, чтобы изучить динамику белого карлика через 100 миллионов лет. Они обнаружили, что близлежащие от белого карлика планетезимали все еще имеют вытянутые орбиты и движутся как единое целое, чего раньше никогда не наблюдалось.

«Я считаю, что это уникальное явление в нашей теории: мы можем объяснить, почему события аккреции настолько продолжительны», — утверждают ученые. «Хотя другие механизмы могут объяснить первоначальное событие аккреции, наши симуляции с ударом показывают, почему они все еще происходят сотни миллионов лет спустя».

Эти результаты объясняют, почему тяжелые металлы обнаруживаются на поверхности белых карликов, поскольку они постоянно поглощают более мелкие объекты на своем пути.