کشف پرجرم‌ترین کوتوله سفید!!

ستاره شناسان جسمی ستاره‌ای را کشف کردند که به کوتوله سفید معروف است و تقریباً به اندازه ماه کره زمین است. عرض کوتوله سفید حدود 4300 کیلومتر است، در حالی که عرض کره ماه 3500 کیلومتر است. کوتوله سفید در این نمایش هنری در بالای ماه به تصویر کشیده شده است. در حقیقت، کوتوله سفید در فاصله 130 سال نوری از ما در صورت فلکی عقاب قرار دارد. اعتبار: جوزپه پاریسی

ستاره‌شناسان کوچکترین و پرجرم‌ترین کوتوله سفید دیده شده را کشف کرده‌اند. ایلاریا کایازو، همیار تحقیقات دانشجویی فوق دکترا شرمن فیرچیلد در اخترفیزیک نظری در کلتچ و نویسنده اصلی مطالعه جدید که در شماره 1 ژوئیه مجله Nature منتشر شده است. کوتوله‌های سفید کوچکتر به نظر می‌رسد از جرم بیشتری برخوردار باشند.

کوتوله‌های سفید بقایای فروپاشیده ستاره‌هایی هستند که زمانی تقریباً هشت برابر جرم خورشید یا سبکتر بودند. به عنوان مثال، خورشید ما پس از اینکه در حدود 5 بیلیون سال برای اولین بار به یک غول سرخ تبدیل شد، در نهایت لایه‌های خارجی خود را از دست می‌دهد و به یک کوتوله سفید جمع و جور تبدیل می‌شود. حدود 97 درصد از کل ستاره‌ها به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند.

در حالی که خورشید ما بدون شریک ستاره‌ای در فضا تنها است، بسیاری از ستاره‌ها به صورت جفت به دور یکدیگر می‌چرخند. ستاره‌ها با هم پیر می‌شوند و اگر هر دو از هشت برابر جرم خورشید کمتر باشند، هر دو به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند.

کشف جدید مثالی از اتفاقات پس از این مرحله را ارائه می‌دهد. جفت کوتوله‌های سفید که به دور یکدیگر می‌چرخند، انرژی را به صورت امواج گرانشی از دست می‌دهند و در نهایت ادغام می‌شوند. اگر ستاره‌های مرده به اندازه کافی پرجرم باشند، در آخر به صورت ابرنواختر نوع Ia منفجر می‌شوند. اما اگر آنها زیر آستانه جرم مشخصی باشند، با هم ترکیب می‌شوند و یک کوتوله سفید جدید سنگین‌تر از هر یک از ستاره‌های مولد هستند. این فرآیند ادغام باعث افزایش میدان مغناطیسی آن ستاره و سرعت چرخش آن در مقایسه با اجدادش می‌شود.

ستاره‌شناسان می‌گویند کوتوله سفید کوچک تازه کشف شده، به نام ZTF J1901 + 1458 ، مسیر دوم تکامل را طی کرد. اجداد آن ادغام و یک کوتوله سفید 1.35 برابر جرم خورشید ما تولید شدند. یک کوتوله سفید دارای یک میدان مغناطیسی شدید تقریباً 1 بیلیون برابر قویتر از خورشید ماست و هر هفت دقیقه با سرعت یک دور در یک محور بر روی محور خود دور می‌زند (کوتوله سفید شناخته شده به نام EPIC 228939929، هر 5.3 دقیقه  یک دور می‌چرخد).

کایازو می‌گوید: “ما این شی بسیار جالب را شکار کردیم که برای انفجار آنقدر پرجرم نبود.” “ما واقعاً بررسی می‌کنیم که یک کوتوله سفید چقدر می‌تواند پرجرم باشد.”

علاوه بر این، کایازو و همکارانش فکر می‌کنند که کوتوله سفید ادغام شده ممکن است به اندازه کافی پرجرم باشد و به یک ستاره مرده غنی از نوترون یا یک ستاره نوترونی تبدیل شود  که به طور معمول وقتی ستاره‌ای بسیار پرجرمتر از خورشید ما به صورت ابرنواختر منفجر  شود، شکل می‌گیرد.

این تصویر یک کوتوله سفید و تازه کشف شده را نشان می‌دهد که توسط ZTF کشف شده است و عرض آن 4300 کیلومتر یا تقریباً به اندازه ماه کره زمین است که عرض آن 3.500 کیلومتر است. این دو جسم در کنار یکدیگر برای مقایسه اندازه نشان داده شده‌اند. کوتوله سفید گرم و جوان همچنین پرجرم‌ترین کوتوله سفید شناخته شده است که وزن آن 1.35 برابر خورشید ما است. اعتبار: جوزپه پاریسی

کایازو می‌گوید: “این تحقیق بر پایه حدس و گمان است، اما ممکن است کوتوله سفید آنقدر پرجرم باشد که بیشتر به شکل یک ستاره نوترونی تبدیل شود.” “آنقدر پرجرم و متراکم است که در هسته آن، الکترونها توسط هسته‌های پروتون برای تشکیل نوترون درگیر می‌شوند. از آنجا که فشار الکترون‌ها به نیروی گرانش فشار می‌آورد و ستاره را دست نخورده نگه می‌دارد، هسته بهم می‌ریزد وقتی که به مقدار کافی زیاد شود الکترونها حذف می‌شوند. “

اگر این فرضیه تشکیل ستاره نوترونی درست باشد، ممکن است به این معنی باشد که بخش قابل توجهی از سایر ستاره‌های نوترونی از این طریق شکل می‌گیرند. مجاورت جسمی که تازه پیدا شده است (حدود 130 سال نوری با ما فاصله دارد) و سن کم آن (حدود 100 میلیون سال یا کمتر از آن) نشان می‌دهد که اجسام مشابه ممکن است بیشتر در کهکشان ما رخ دهند.

مغناطیسی و سریع

اولین بار کوتوله سفید توسط همکار کایازو، کوین بوردج، دانشمند فوق دکترا در کلتچ، پس از جستجوی تصاویر آسمان گرفته شده توسط ZTF ، مشاهده شد. این کوتوله سفید خاص ، هنگامی که در ترکیب با داده‌های گایا مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد ، به دلیل بسیار پرجرم‌بودن و داشتن چرخش سریع، مشخص می‌شود.

بوردج می‌گوید: “هیچ کس به طور سیستماتیک تاکنون قادر به کشف پدیده‌های نجومی در این نوع مقیاس نبوده است. نتایج این تلاش‌ها خیره کننده است.” هر هفت دقیقه دور یکدیگر می‌چرخند.

این تیم سپس طیف ستاره را با استفاده از طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح پایین (LRIS) رصدخانه کک مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و این زمانی بود که کایازو شاهد یک میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند را مشاهده کرد و متوجه شد که او و تیمش چیزی “بسیار خاص” پیدا کرده‌اند “. قدرت میدان مغناطیسی همراه با هفت دقیقه سرعت چرخش جسم نشان می‌دهد که این نتیجه دو کوتوله سفید کوچکتر است که به هم می‌پیوندند.

داده‌های سوئیفت که نور ماوراءبنفش را مشاهده می‌کند ، به یافتن اندازه و جرم کوتوله سفید کمک می‌کند. ZTF J1901 + 1458 با قطر 2670 مایل، عنوان کوچکترین کوتوله سفید شناخته شده را تضمین می‌کند و رکوردداران قبلی ، RE J0317-853 و WD 1832 + 089 هستند که قطرهای هر کدام حدود 3100 مایل است.

در آینده، کایازو امیدوار است که با استفاده از ZTF کوتوله‌های سفید بیشتری مانند این یکی پیدا کند و به طور کلی، جمعیت آنها را بررسی کند. “سوالات زیادی برای پرداختن وجود دارد، از جمله اینکه میزان ادغام کوتوله سفید در کهکشان چقدر است و آیا توضیح تعداد ابرنواخترهای نوع Ia کافی است؟ چگونه یک میدان مغناطیسی در این وقایع قدرتمند ایجاد می‌شود و چرا چنین تنوعی در نقاط قوت میدان مغناطیسی در بین کوتوله‌های سفید وجود دارد؟ یافتن جمعیت زیادی از کوتوله‌های سفید که از ادغام متولد شده‌اند به ما کمک می‌کند تا به همه این سوالات و سوالات بیشتری پاسخ دهیم. “

ترجمه: سارا سیدحاتمی

A white dwarf living on the edge

by W. M. Keck Observatory

https://phys.org/news/2021-06-white-dwarf-edge.html