En hvid dværg bor på kanten

Astronomer har opdaget den mindste og mest massive hvide dværg, der nogensinde er set. Den ulmende aske, som blev dannet, da to mindre massive hvide dværge smeltede sammen, er tung, "at pakke en masse større end vores Sols i et legeme på størrelse med vores måne, " siger Ilaria Caiazzo, Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics ved Caltech og hovedforfatter af den nye undersøgelse, der vises i 1. juli-udgaven af ​​tidsskriftet Natur . "Det kan virke kontraintuitivt, men mindre hvide dværge er tilfældigvis mere massive. Dette skyldes det faktum, at hvide dværge mangler den nukleare forbrænding, der holder normale stjerner op imod deres egen selvtyngdekraft, og deres størrelse er i stedet reguleret af kvantemekanik."

Opdagelsen blev gjort af Zwicky Transient Facility, eller ZTF, som opererer ved Caltechs Palomar Observatory; to Hawaii-teleskoper - W. M. Keck Observatorium på Maunakea, Hawai'i Island og University of Hawai'i Institute for Astronomy's Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) på Haleakala, Maui - hjalp med at karakterisere den døde stjerne, sammen med 200-tommer Hale-teleskopet på Palomar, det europæiske Gaia rumobservatorium, og NASAs Neil Gehrels Swift Observatory.

Hvide dværge er de kollapsede rester af stjerner, der engang var omkring otte gange vores sols masse eller lettere. Vores sol, for eksempel, efter at den først puster op til en rød kæmpe i omkring 5 milliarder år, vil i sidste ende sluse sine ydre lag og krympe ned til en kompakt hvid dværg. Omkring 97 procent af alle stjerner bliver hvide dværge.

Mens vores sol er alene i rummet uden en stjernepartner, mange stjerner kredser om hinanden i par. Stjernerne bliver gamle sammen, og hvis de begge er mindre end otte solmasser, de vil begge udvikle sig til hvide dværge.

Den nye opdagelse giver et eksempel på, hvad der kan ske efter denne fase. De hvide dværge, som går rundt om hinanden, mister energi i form af gravitationsbølger og smelter i sidste ende sammen. Hvis de døde stjerner er massive nok, de eksploderer i det man kalder en type Ia supernova. Men hvis de er under en vis massetærskel, de kombineres til en ny hvid dværg, der er tungere end nogen af ​​stamstjernerne. Denne proces med sammensmeltning øger magnetfeltet for den stjerne og fremskynder dens rotation sammenlignet med forfædrenes.

Astronomer siger, at den nyfundne lille hvide dværg, navngivet ZTF J1901+1458, tog den sidste udviklingsvej; dens forfædre smeltede sammen og producerede en hvid dværg på 1,35 gange vores Sols masse. Den hvide dværg har et ekstremt magnetfelt, der er næsten 1 milliard gange stærkere end vores sols og pisker rundt på sin akse i et vanvittigt tempo på én omdrejning hvert syvende minut (den mest lynende hvide dværg, man kender, kaldet EPIC 228939929, roterer hvert 5,3 minut).

"Vi fangede dette meget interessante objekt, der ikke var helt massivt nok til at eksplodere, " siger Caiazzo. "Vi undersøger virkelig, hvor massiv en hvid dværg kan være."

Hvad mere er, Caiazzo og hendes samarbejdspartnere tror, ​​at den fusionerede hvide dværg kan være massiv nok til at udvikle sig til en neutronrig død stjerne, eller neutronstjerne, som typisk dannes, når en stjerne, der er meget mere massiv end vores sol, eksploderer i en supernova.

"Dette er meget spekulativt, men det er muligt, at den hvide dværg er massiv nok til yderligere at kollapse til en neutronstjerne, " siger Caiazzo. "Den er så massiv og tæt, at i sin kerne, elektroner bliver fanget af protoner i kerner for at danne neutroner. Fordi trykket fra elektroner skubber mod tyngdekraften, holde stjernen intakt, kernen kollapser, når et stort nok antal elektroner fjernes."

Hvis denne neutronstjernedannelseshypotese er korrekt, det kan betyde, at en betydelig del af andre neutronstjerner tager form på denne måde. Det nyfundne objekts nærhed (ca. 130 lysår væk) og dets unge alder (ca. 100 millioner år gammelt eller mindre) indikerer, at lignende objekter kan forekomme mere almindeligt i vores galakse.

Magnetisk og hurtig

Den hvide dværg blev først set af Caiazzos kollega Kevin Burdge, en postdoc ved Caltech, efter at have søgt gennem alle himmelbilleder taget af ZTF. Denne særlige hvide dværg, når de analyseres i kombination med data fra Gaia, skilte sig ud for at være meget massiv og have en hurtig rotation.

"Ingen har systematisk været i stand til at udforske astronomiske fænomener på kort tid i denne skala indtil nu. Resultaterne af disse bestræbelser er forbløffende, " siger Burdge, WHO, i 2019, ledet holdet, der opdagede et par hvide dværge, der lynede rundt om hinanden hvert syvende minut.

Holdet analyserede derefter stjernens spektrum ved hjælp af Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS), og det var da Caiazzo blev ramt af signaturerne fra et meget kraftigt magnetfelt og indså, at hun og hendes team havde fundet noget "meget specielt, " som hun siger. Magnetfeltets styrke sammen med objektets syv minutters rotationshastighed indikerede, at det var resultatet af to mindre hvide dværge, der smeltede sammen til én.

Data fra Swift, som observerer ultraviolet lys, hjalp med at fastgøre størrelsen og massen af ​​den hvide dværg. Med en diameter på 2, 670 miles, ZTF J1901+1458 sikrer titlen for den mindste kendte hvide dværg, udligne tidligere rekordholdere, RE J0317-853 og WD 1832+089, som hver har diametre på omkring 3, 100 miles.

I fremtiden, Caiazzo håber at bruge ZTF til at finde flere hvide dværge som denne, og, generelt, at studere befolkningen som helhed. "Der er så mange spørgsmål at tage stilling til, såsom hvad er hastigheden af ​​hvide dværgfusioner i galaksen, og er det nok til at forklare antallet af type Ia supernovaer? Hvordan genereres et magnetfelt i disse magtfulde begivenheder, og hvorfor er der en sådan mangfoldighed i magnetfeltstyrker blandt hvide dværge? At finde en stor bestand af hvide dværge født fra fusioner vil hjælpe os med at besvare alle disse spørgsmål og mere."