Asi 97 % všech hvězd v našem vesmíru je předurčeno skončit svůj život jako bílí trpaslíci, což představuje poslední fázi jejich vývoje. Podobně jako neutronové hvězdy se i bílí trpaslíci tvoří poté, co hvězdy vyčerpaly své jaderné palivo a prošly gravitačním kolapsem, odhodily své vnější vrstvy a staly se superkompaktními zbytky hvězd. To bude osud našeho Slunce za miliardy let, které se zvětší a stane se červeným obrem, než ztratí své vnější vrstvy.
Na rozdíl od neutronových hvězd, které jsou výsledkem hmotnějších hvězd, měli bílí trpaslíci kdysi asi osmkrát hmotnost našeho Slunce nebo byli lehčí. Pro vědce je hustota a gravitační síla těchto objektů příležitostí ke studiu fyzikálních zákonů za těch nejextrémnějších podmínek, jaké si lze představit. Podle nový výzkum pod vedením výzkumníků z Caltechu byl nalezen jeden takový objekt, který je nejmenším i nejhmotnějším bílým trpaslíkem, jaký byl kdy spatřen.
Studie, která popisuje zjištění výzkumného týmu, se objevila v 1. červenceSvatýproblém vědeckého časopisuPříroda.Výzkum vedl Ilaria Caiazzo , Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics na Caltech, a zahrnoval kolegy z Caltech, University of British Columbia (UBC), UC Santa Cruz a Weizmannův vědecký ústav v Rehovotu v Izraeli.
Umělecký dojem bílého trpaslíka ZTF J1901+1458 nad Měsícem v tomto uměleckém zobrazení; ve skutečnosti bílý trpaslík leží 130 světelných let daleko v souhvězdí Aquily. Kredit: Giuseppe Parisi
Tento bílý trpaslík, známý jako ZTF J190132.9+145808.7 (aka. ZTF J1901+1458), se nachází asi 130 světelných let od Země a odhaduje se, že je 1,35krát hmotnější než naše Slunce. Tento bílý trpaslík má však hvězdný poloměr asi 1 810 km (1 125 mi) – o něco větší než Měsíc (1 737,4 km; 1 080 mi) – což z něj činí nejmenšíanejhmotnější bílý trpaslík, jaký byl kdy pozorován. Jak Caiazzo vysvětlil v nedávném tiskové prohlášení z observatoře W.M Kecka:
'Může se to zdát neintuitivní, ale menší bílí trpaslíci jsou masivnější.' To je způsobeno skutečností, že bílí trpaslíci postrádají jaderné spalování, které udržuje normální hvězdy proti jejich vlastní gravitaci, a jejich velikost je místo toho regulována kvantovou mechanikou.
Tento bílý trpaslík má také extrémní magnetické pole v rozsahu od 600 do 900 MegaGauss (MG) po celém svém povrchu, tedy zhruba 1 miliardukrát silnější než naše Slunce. Toto magnetické pole má jednu z nejrychlejších rotačních period, jaké byly kdy pozorovány u izolovaného bílého trpaslíka, který se otáčí kolem osy hvězdy každých 6,94 minuty. A co víc, studie tohoto bílého trpaslíka již astronomům nabízí pohled na to, jak binární systémy ukončují svůj život.
Tohoto zvláštního bílého trpaslíka původně objevil Kevin Burdge, postdoktorand na Caltechu a spoluautor nedávné studie. Na základě celooblohových snímků pořízených Přechodné zařízení Zwicky (ZTF) na Caltech’s Palomar Observatory v kombinaci s údaji získanými ESAObservatoř GaiaUkázalo se, že bílý trpaslík byl také velmi masivní a měl rychlou rotaci.
Umělcovo ztvárnění bílého trpaslíka z povrchu obíhající exoplanety. Obrazový kredit: Madden/Cornell University
Další charakterizace byly provedeny pomocí 200palcový Haleův dalekohled v Palomar, Observatoř W. M. Kecka , Panoramatický průzkumný dalekohled a systém rychlé reakce (PanSTARRS), ESA Observatoř Gaia a NASA Observatoř Neila Gehrelse Swifta . Zatímco spektra získaná Keck's Zobrazovací spektrometr s nízkým rozlišením (LRIS) odhalila známky silného magnetického pole, ultrafialová data ze Swift pomohla omezit velikost a hmotnost bílého trpaslíka.
Mezi jeho silným magnetickým polem a sedmiminutovou rychlostí rotace si Caiazza a její kolegové začali myslet, že ZTF J1901+1458 je výsledkem sloučení dvou menších bílých trpaslíků do jednoho. Zhruba 50 % hvězd v pozorovatelném vesmíru jsou binární systémy skládající se ze dvou hvězdných společníků, kteří obíhají jedna kolem druhé. Pokud mají tyto hvězdy méně než osm hmotností Slunce, vyvinou se z nich bílí trpaslíci, kteří se nakonec spojí a vytvoří hmotnější variantu.
Tento proces zesiluje magnetické pole výsledného bílého trpaslíka a urychluje jeho rotaci ve srovnání s rotací jeho předků. Vysvětlovalo by to také, jak ZTF J1901+1458 dokáže koncentrovat tak značnou hmotu do objemu o něco většího, než je objem Měsíce. Kromě toho, řekl Caiazzo, se domnívají, že zbytek by mohl být dostatečně masivní, aby se v určitém okamžiku vyvinul v neutronovou hvězdu:
„Zachytili jsme tento velmi zajímavý objekt, který nebyl tak masivní, aby explodoval. Skutečně zkoumáme, jak masivní může být bílý trpaslík. To je vysoce spekulativní, ale je možné, že bílý trpaslík je dostatečně masivní, aby se dále zhroutil do neutronové hvězdy. Je tak masivní a hustý, že v jeho jádru jsou elektrony zachycovány protony v jádrech za vzniku neutronů. Protože tlak elektronů tlačí proti gravitační síle a udržuje hvězdu neporušenou, jádro se zhroutí, když je odstraněno dostatečně velké množství elektronů.
Pokud je jejich hypotéza správná, může to znamenat, že významná část dalších neutronových hvězd v naší galaxii nezačala svůj život jako hmotné hvězdy, ale místo toho se vyvinula z menších dvojhvězd. Těsná blízkost nově nalezeného objektu k Zemi (~130 světelných let) a skutečnost, že je relativně mladý (100 milionů let starý nebo tak), naznačují, že podobné objekty by mohly být v naší galaxii běžné.
V budoucnu Caiazzo a její kolegové doufají, že pomocí ZTF najdou více bílých trpaslíků, jako je ZTF J1901+1458, a také více obecně. Díky sčítání bílých trpaslíků budou vědci schopni studovat populaci jako celek a určit, kolik z nich bylo důsledkem masivních hvězd, které zažily supernovu, a kolik bylo výsledkem sloučení binárních společníků na konci jejich života.
'Existuje tolik otázek, které je třeba řešit, například jaká je rychlost slučování bílých trpaslíků v galaxii, a stačí to k vysvětlení počtu supernov typu Ia?' ona řekla. „Jak se při těchto silných událostech vytváří magnetické pole a proč je mezi bílými trpaslíky taková rozmanitost v síle magnetického pole? Nalezení velké populace bílých trpaslíků narozených sloučením nám pomůže odpovědět na všechny tyto a další otázky.“
Další čtení: W.M. Observatoř Keck , Příroda
