Gökbilimciler ilk kez biri hidrojen, diğeri helyum olmak üzere iki farklı yüzü olan bir beyaz cüce keşfettiler. Keşif, beyaz cüce evrimi ve manyetik alanların gök cisimlerini şekillendirmedeki rolü hakkında yeni teorileri gündeme getiriyor. Kredi: K. Miller, Caltech/IPAC
Olağan dışı Beyaz cüce yıldızın bir tarafı hidrojen diğer tarafı helyumdan yapılmıştır.
Ölü yıldızların yanmış çekirdekleri olan beyaz cüceler için bir ilk olarak gökbilimciler, bu kozmik ailenin en az bir üyesinin iki yüzlü olduğunu keşfettiler. Beyaz cücenin bir tarafı hidrojenden, diğer tarafı ise helyumdan oluşuyor.
Caltech’te doktora sonrası akademisyen olan ve dergideki bulgular üzerine yeni bir araştırmaya liderlik eden Ilaria Caiazzo, “Beyaz cücenin yüzeyi bir taraftan diğerine tamamen değişiyor” diyor. Doğa. “Gözlemlerimi insanlara gösterdiğimde, uçup gidiyorlar.”
Beyaz cüceler, bir zamanlar güneşimiz gibi olan yıldızların kavurucu kalıntılarıdır. Yıldızlar yaşlandıkça kırmızı devlere dönüşürler; sonunda, dış kabarık materyalleri uçup gider ve çekirdekleri yoğun, ateşli beyaz cüceler halinde büzülür. Güneşimiz yaklaşık 5 milyar yıl sonra beyaz bir cüceye dönüşecek.
Astronomi alanında doktora sonrası araştırma görevlisi olan Illaria Caiazzo, ekibinin ZTF’yi kullanarak çok sıra dışı bir “iki yüzlü” beyaz cüceyi nasıl keşfettiğini açıklıyor – bir tarafı tamamen helyum ve diğer tarafı hidrojen. 1 kredi
İki yüzlü Roma geçiş tanrısından sonra Janus lakaplı yeni bulunan beyaz cüce, ilk olarak Caltech’in San Diego yakınlarındaki Palomar Gözlemevi’nden her gece gökyüzünü tarayan bir alet olan Zwicky Geçici Tesisi (ZTF) tarafından keşfedildi. Caiazzo, kendisi ve ekibinin daha önce ZTF kullanarak bulduğu ZTF J1901+1458 olarak bilinen nesne gibi yüksek derecede manyetize edilmiş beyaz cüceler arıyordu. Bir aday nesne, parlaklığındaki hızlı değişimlerle göze çarpıyordu, bu nedenle Caiazzo, nesneyle daha fazla araştırmaya karar verdi. KİMERA Palomar’daki enstrümanın yanı sıra HİPERCAM İspanya’nın Kanarya Adaları’ndaki Gran Telescopio Canarias’ta. Bu veriler, Janus’un her 15 dakikada bir kendi ekseni etrafında döndüğünü doğruladı.
Hawaiʻi’deki Maunakea’nın tepesindeki WM Keck Gözlemevi ile yapılan müteakip gözlemler, beyaz cücenin dramatik çift yüzlü doğasını ortaya çıkardı. Ekip, beyaz cücenin ışığını kimyasal parmak izleri içeren dalga boylarından oluşan bir gökkuşağına yaymak için spektrometre adı verilen bir alet kullandı. Veriler, nesnenin bir tarafı görünürken (hiçbir helyum belirtisi olmadan) hidrojenin varlığını ve diğer taraf görüş alanına girdiğinde yalnızca helyum olduğunu ortaya çıkardı.
Bu sanatçının konsepti, Janus lakaplı iki yüzlü beyaz cüceyi göstermektedir. Bir zamanlar güneşimiz gibi bir yıldız olan bir yıldızın mavi renkli ölü külü, esas olarak bir tarafta hidrojen ve diğer tarafta helyumdan oluşur (hidrojen tarafı daha parlak görünür). Bu beyaz cücenin tuhaf çift yüzlü doğası, manyetik alanların ve konveksiyonun etkileşiminden veya malzemelerin karışımından kaynaklanıyor olabilir. Kabarcıklı görünen helyum tarafında, konveksiyon yüzeydeki ince hidrojen tabakasını yok etmiş ve altındaki helyumu ortaya çıkarmıştır. Kredi: K. Miller, Caltech/IPAC
Uzayda tek başına yüzen bir beyaz cücenin bu kadar farklı yüzlere sahip olmasına ne sebep olabilir? Ekip, şaşırdıklarını ancak bazı olası teoriler bulduklarını kabul ediyor. Bir fikir, Janus’un beyaz cüce evriminin nadir bir aşamasından geçtiğine tanık olabileceğimizdir.
Caiazzo, “Hepsi değil, ancak bazı beyaz cüceler yüzeylerinde hidrojenden helyuma geçiş yapıyor” diye açıklıyor. “Böyle bir beyaz cüceyi iş üstünde yakalamış olabiliriz.”
Beyaz cüceler oluştuktan sonra, ağır elementleri çekirdeklerine çöker ve daha hafif olan elementleri (hidrojen en hafifidir) yukarı doğru yüzer. Ancak zamanla beyaz cüceler soğudukça malzemelerin birbirine karıştığı düşünülüyor. Bazı durumlarda, hidrojen iç kısımlara karıştırılır ve helyumun daha yaygın hale gelmesi için seyreltilir. Janus bu geçiş aşamasını somutlaştırabilir, ancak acil bir soru şudur: geçiş neden bu kadar kopuk bir şekilde oluyor, bir taraf diğerinden önce gelişiyor?
Bilim ekibine göre cevap manyetik alanlarda olabilir.
Bilim adamları, manyetik alanların, Janus lakaplı beyaz cücenin olağandışı iki yüzlü görünümünü açıklayabileceğini düşünüyor. Bu sanatçının animasyonunda görüldüğü gibi, ölü yıldızın yüzeyinin bir tarafı esas olarak hidrojenden, diğer tarafı ise helyumdan oluşuyor. Asimetrik manyetik alanlar (döngü çizgileri olarak görülür), beyaz cücedeki malzemelerin karışımını, düzensiz dağılımlarına neden olacak şekilde etkilemiş olabilir. Bu animasyonda beyaz cücenin dönüşü hızlandırılmıştır; normalde her 15 dakikada bir kendi ekseni etrafında döner. Janus, Cygnus takımyıldızında yaklaşık 1.300 ışıkyılı uzaklıkta. Kredi: K. Miller, Caltech/IPAC
Caiazzo, “Kozmik cisimlerin etrafındaki manyetik alanlar asimetrik veya bir tarafta daha güçlü olma eğilimindedir” diye açıklıyor. “Manyetik alanlar, malzemelerin karışmasını önleyebilir. Yani manyetik alan bir tarafta daha güçlüyse, o tarafta daha az karışım ve dolayısıyla daha fazla hidrojen olur.”
Ekip tarafından iki yüzü açıklamak için önerilen bir başka teori de manyetik alanlara dayanıyor. Ancak bu senaryoda, alanların atmosferik gazların basıncını ve yoğunluğunu değiştirdiği düşünülüyor.
Caltech’te teorik astrofizik profesörü olan ortak yazar James Fuller, “Manyetik alanlar atmosferde daha düşük gaz basınçlarına yol açabilir ve bu, manyetik alanların en güçlü olduğu yerde bir hidrojen ‘okyanusunun’ oluşmasına izin verebilir” diyor. “Bu teorilerden hangisinin doğru olduğunu bilmiyoruz, ancak asimetrik kenarları manyetik alanlar olmadan açıklamanın başka bir yolunu düşünemiyoruz.”
Ekip, gizemi çözmeye yardımcı olmak için ZTF’nin gökyüzü araştırması ile daha fazla Janus benzeri beyaz cüce bulmayı umuyor. Caiazzo, “ZTF garip nesneleri bulmakta çok iyidir” diyor. Şili’deki Vera C. Rubin Gözlemevi tarafından gerçekleştirilecek olanlar gibi gelecekteki araştırmaların değişken beyaz cüceleri bulmayı daha da kolaylaştıracağını söylüyor.
Referans: “Dönen bir beyaz cüce zıt yüzlerinde farklı kompozisyonlar gösteriyor” yazan Ilaria Caiazzo, Kevin B. Burdge, Pier-Emmanuel Tremblay, James Fuller, Lilia Ferrario, Boris T. Gänsicke, JJ Hermes, Jeremy Heyl, Adela Kawka, SR Kulkarni, Thomas R. Marsh, Przemek Mróz, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Antonio C. Rodriguez, Jan van Ro estel, Zachary P. Vanderbosch, Stéphane Vennes, Dayal Wickramasinghe, Vikram S. Dhillon, Stuart P. Littlefair, James Munday, Ingrid Pelisoli, Daniel Perley, Eric C. Bellm, Elmé Breedt, Alex J. Brown, Richard Dekany, Andrew Drake, Martin J. Dyer, Matthew J. Graham, Matthew J. Green, Russ R. Laher, Paul Kerry, Steven G. Parsons , Reed L. Riddle, Ben Rusholme ve Dave I. Sahman, 19 Temmuz 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9
Çalışma, Caltech’in Walter Burke Teorik Fizik Enstitüsü, Avrupa Araştırma Konseyi, The Leverhulme Trust ve Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi tarafından finanse edildi.
gözlemler NASA2017’de vefat eden bir Caltech mezunu (PhD ’82) olan Gehrels’in adını taşıyan Neils Gehrels Swift Gözlemevi de, nesnenin sıcaklığını 35.000 Kelvin’e (kabaca 35.000 dereceye) indirmeye yardımcı olmak için çalışmada kullanıldı. Santigrat).
Caltech’in ZTF’si, Ulusal Bilim Vakfı ve uluslararası bir ortaklar işbirliği tarafından finanse edilmektedir. Heising–Simons Foundation ve Caltech’ten ek destek geliyor. ZTF verileri, Caltech’te astronomi için bir bilim ve veri merkezi olan IPAC tarafından işlenir ve arşivlenir. NASA, ZTF’nin Near-Earth Object Observations programı aracılığıyla Dünya’ya yakın nesneleri aramasını destekliyor.