Tömege alapján szinte túlsúlyos, a Holdnál viszont alig nagyobb méretű az eddigi legtörpébb fehér törpe

8018

A nyolc naptömegnél kisebb csillagok fejlődésének utolsó fázisát a fehér törpék jelentik. Ezek a fehér törpék a többi csillaghoz hasonlóan szintén alkothatnak kettős rendszereket. Ha a kettős keringési periódusa elég rövid, a rendszer energiájának egy része gravitációs hullámok formájában szétsugárzódhat, a két fehér törpe pedig egyre közelebb kerülhet egymáshoz, végül össze is ütközhetnek. Ennek az ütközésnek kétféle eredménye lehet. Nagyobb tömegű fehér törpék esetén az ütközés egy Ia-típusú szupernóva-robbanáshoz vezethet. Ha a fehér törpék kisebb tömegűek voltak, az ütközés eredményeként a két fehér törpe egy újabb fehér törpévé olvad össze. Ebben az esetben a perdületmegmaradás miatt az utódcsillag nagyon gyorsan forog a tengelye körül.

Egy fehér törpékből álló kettős rendszer fejlődése: ha a két csillag elég közel kering egymáshoz, a rendszer energiájának egy része gravitációs hullámokban szétsugárzódik és a két fehér törpe összeütközik. Forrás: NASA.

Ilaria Caiazzo (California Institute of Technology) és kutatócsoportja ilyen fehér törpéket kerestek a Zwicky Transient Facility (ZTF) fénygörbéi között, a Gaia szín-fényesség diagramja segítségével.

Egy objektum, a ZTF J190132.9+145808.7 (innentől ZTF J1901+1458) rendkívül gyors periodikus fényességváltozásokat mutatott. A Hale-teleszkóppal pontosított mérések alapján a csillag forgási periódusának megfelelő fényességváltozások 6,94 percenként ismétlődnek. A legtöbb fehér törpe forgási periódusa ennél sokkal hosszabb, órás nagyságrendű.

A ZTF J1901+1458 fázisgörbéje a Hale-teleszkóp (bal) és a ZTF (jobb) mérései alapján. A periódusidő 6,94 perc. Forrás: Caiazzo és mtsai (2021).

A fotometriai méréseket spektroszkópiai mérések követték a Keck I-teleszkóp LRIS spektrográfjával. A különböző fázisokra felvett spektrumokban megtalálták a hidrogén széles, sekély abszorpciós vonalát, mely erős mágneses mező jelenlétére utal. Ez egybevág az ilyen fehér törpékre vonatkozó modellekkel, melyek szerint a két eredeti fehér törpe egymásba spirálozása során erős mágneses dinamó lép fel. A spektrum tulajdonságai alapján a fehér törpe felszínén a mágneses indukció 800 millió Gauss lehet, ami erősségben egy nagyságrendben van a legtöbb mágneses fehér törpével. Egyes fázisok mellett felvett spektrumok alapján a fehér törpe bizonyos részein viszont a felszíni mágneses indukció 600 millió Gaussig csökkenhet. A mágneses mező helyenkénti váltakozása módosíthatja a fehér törpe hőmérsékletét és fényességét, így a csillag forgásával a fényessége váltakozni fog. A mágneses mező térbeli elhelyezkedésétől függően akár 10%-os fényességkülönbséget is észlelhetünk, mely bőven magyarázza a ZTF J1901+1458 fénygörbéjében előforduló 3%-os változásokat. Igaz, a fényváltozások a csillag esetleges nem-radiális pulzációjából is adódhatnak, viszont erre a csillag hőmérséklete, gravitációja és mágneses mezejének erőssége alapján kevés az esély.

Ezután meghatározták a fehér törpe hőmérsékletét és sugarát, melyhez a Swift-űrtávcső UV-ben készített fotometriai-, a Pan-STARRS égboltfelmérés fotometriai- és a Gaia parallaxisméréseit használták fel. Az adatokat modellezett nem-mágneses fehér törpe atmoszférákkal hasonlították össze. Ezek alapján a fehér törpe felszínén 46 000 K a hőmérséklet, sugara pedig 2140 km. Ezzel ez a fehér törpe a legkisebb sugarú az eddig ismertek közül, alig nagyobb, mint a Hold (melynek közepes sugara 1737 km).

Korábban két hasonlóan gyors forgású fehér törpe (RE J0317-85322 és WD 1832+089) sugarát 2500 km-re becsülték.

A ZTF J1901+1458 méretarányosan a Holdhoz és a korábbról ismert kissugarú fehér törpékhez (RE J0317-85322 és WD 1832+08) képest.

A fehér törpék tömegét egy tömeg-sugár összefüggés segítségével számolhatjuk ki, mely múlik a csillag összetételén és hőmérsékletén is. Ezen összefüggés alapján a ZTF J1901+1458 tömege 1,327 és 1,365 naptömeg között lehet, ezzel ez a legnagyobb tömegű ismert fehér törpe. Tömege nagyon közel van a fehér törpék lehetséges maximumtömegéhez, a Chandrasekhar-határhoz (1,37-1,44 naptömeg a csillag összetétele alapján).

A ZTF J1901+1458 a fehér törpék többségéhez hasonlóan nagyrészt oxigénből és neonból áll. A benne található nehezebb elemek viszont, élükön a nátriummal, néhány százmillió év alatt lesüllyednek a csillag közepéig. Ekkor megfelelő körülmények mellett (pl. ha a fehér törpe magja elég lassan kristályosodik), a belsejében uralkodó nyomás túl kicsi lesz ahhoz, hogy ellenálljon a külsőbb rétegek súlyának, a csillag felforrósodik, összeomlik és elkezd oxigént égetni. Ezután vagy megsemmisül egy termonukleáris szupernóva-robbanással, vagy neutroncsillaggá alakul.

134 fényéves távolságával a ZTF J1901+1458 kifejezetten közelinek számít. Ennek alapján a hasonló, nagytömegű fehér törpék gyakori égitestnek számíthatnak a Világegyetemben és hogy a neutroncsillagok nem elhanyagolható része ilyen égitestekből alakulhat ki. A ZTF jelenleg is sok, hasonlóan nagy tömegű, gyorsan forgó fehér törpét fedez fel. Ezek az újonnan felfedezett fehér törpék mind segíteni fogják a kutatókat ezen égitestek kialakulásának és fejlődésének megértésében.

A felfedezést és a méréseket bemutató eredeti cikk itt érhető el.

Hozzászólás

hozzászólás