Keď v 30. rokoch minulého storočia Subrahmanyan Chandrasekhar vypočítal, že biely trpaslík nemôže mať hmotnosť väčšiu ako 1,44 hmotnosti Slnka, vyzeralo to ako konečná hranica. Nezáležalo na tom, z akej hviezdy vznikol ani z čoho pozostáva – fyzikálne zákony podľa vtedajšieho poznania jednoducho nedovolili viac. Nová štúdia publikovaná v The Astrophysical Journal Letters však ukazuje, že táto hranica nemusí byť absolútna. Silné magnetické pole môže podľa nej umožniť vznik takzvaných super-Chandrasekharových bielych trpaslíkov s hmotnosťou takmer troch Sĺnk.
Chandrasekhar Placed A Limit On White Dwarfs, But A New Study Finds This Limit Is Not Absolute.
Biely trpaslík je zvyškom menšej hviezdy, akou je aj naše Slnko. Keď takejto hviezde dôjde vodík, nafúkne sa na červeného obra a v uponáhľanom tempe sa snaží spáliť ťažšie prvky. Lenže bez dostatočnej hmotnosti sa jej to nepodarí spoľahlivo a hviezda sa čoskoro zrúti do jadrovej škrupiny. Gravitácia zvíťazí a hviezda už nemá čo spaľovať. Bez jadrového tlaku sa jadro zrúti pod vlastnou váhou, až kým sa nepostaví na odpor kvantový tlak elektrónov. Rovnováha medzi gravitáciou a elektrónmi drží hviezdu pred ďalším kolapsom do neutrónovej hviezdy. Chandrasekhar ako prvý dokázal, že relativistický tlak elektrónov dokáže čeliť gravitácii len do hmotnosti 1,44 Slnka. Táto hranica vošla do učebníc.
Desaťročia platila za neotrasiteľnú. Teoretici síce vymýšľali spôsoby, ako by ju biely trpaslík mohol prekročiť, ale pozorovania hrali v prospech Chandrasekhara. Aj preto sa supernovy typu Ia dajú používať ako štandardná sviečka – spúšťa ich zrážka dvoch bielych trpaslíkov, ktorí spolu prekročia hmotnostný limit. V roku 2003 však Supernova Legacy Survey zaznamenala výbuch, ktorý tejto hranici akoby odporoval. Možno išlo o rýchlo rotujúceho predchodcu alebo o hviezdu, ktorá nebola úplne zrútená, keď explodovala. Pribúdajúce podobné supernovy začali postupne narúšať Chandrasekharovu istotu.
Nová práca sa zameriava na jeden konkrétny mechanizmus, ktorým môže biely trpaslík prekročiť limit: magnetické pole. Ak je biely trpaslík silne zmagnetizovaný, elektróny interagujú s poľom tak, že dostanú akýsi dodatočný impulz. Pole im bráni usadiť sa, a tak môžu gravitácii vzdorovať ľahšie. Teoreticky by takýto trpaslík mohol vydržať až takmer do trojnásobku hmotnosti Slnka, kým by sa zrútil. Vieme, že silne zmagnetizované môžu byť neutrónové hviezdy – magnetary – tie však vznikajú z oveľa väčších hviezd. Kľúčová otázka znie, či aj hviezda podobná Slnku môže mať také silné pole a napriek tomu skončiť ako biely trpaslík.
Na zodpovedanie tejto otázky tím spustil simulácie s upravenou verziou kódu STARS, ktorý mnohí výskumníci používajú na štúdium vývoja hviezd. Do modelu pridali vplyv magnetických polí a sledovali, ako sa magnetická hviezda vyvíja od hlavnej postupnosti až po bieleho trpaslíka. Zistili, že hviezda podobná Slnku nemusí byť silne zmagnetizovaná od začiatku. Aj keď umierajúca hviezda odhodí veľkú časť svojich vonkajších vrstiev, keď sa nafukuje na červeného obra, magnetické pole zostáva s hviezdou.To znamená, že silne magnetický biely trpaslík môže vzniknúť z pomerne bežnej hviezdy. Štúdia naznačuje, že zmagnetizovaní bieli trpaslíci môžu byť bežnejší, než sme si mysleli.
Prečo je Chandrasekharov limit dôležitý
Chandrasekharov limit nepatrí len do učebníc. Určuje, kedy sa bieli trpaslíci stanú nestabilnými a vybuchnú ako supernovy typu Ia. Práve vďaka tomu, že ich jas je pomerne predvídateľný, ich astronómovia používajú na meranie vzdialeností vo vesmíre. Ak by sa hranica dala obísť magnetickým poľom, znamenalo by to, že nie všetky supernovy typu Ia majú rovnakú hmotnosť. To by mohlo ovplyvniť presnosť kozmologických meraní, ktoré na týchto výbuchoch stoja.
V bežnom bielom trpaslíkovi tlak elektrónov pochádza z kvantového pravidla, ktoré nedovoľuje dvom časticiam obsadiť rovnaký stav. Ak je však hviezda zmagnetizovaná, elektróny sa pohybujú v silnom poli, čo im dodáva energiu a schopnosť vzdorovať gravitácii vo väčšej miere. Fyzici to opisujú tak, že pole elektrónom „nedovolí usadiť sa“. Výsledkom je, že jadro môže byť ťažšie, než by dovoľoval klasický Chandrasekharov výpočet. Tento mechanizmus je všeobecný princíp, ktorý sa skúma pri rôznych extrémnych objektoch vo vesmíre.
Tím použil kód STARS, do ktorého pridal magnetické polia. Simulácie sledovali hviezdu od hlavnej postupnosti cez fázu červeného obra až po vznik bieleho trpaslíka. Ukázalo sa, že magnetické pole prežíva aj vtedy, keď hviezda odhodí vonkajšie vrstvy. Pri kolapse jadra sa pole s ním sústredí, čím vzniká silne magnetický biely trpaslík. Podľa autorov to znamená, že na vznik takéhoto objektu netreba výnimočnú hviezdu – stačí pomerne typická hmotnosť a vývoj. To je v protiklade s predstavou, že super-Chandrasekharove biele trpaslíky sú vzácne úkazy.
Ak sú zmagnetizovaní bieli trpaslíci bežnejší, môže to vysvetliť, prečo niektoré z nich pozorujeme väčšie, než by ich hmotnosť predpovedala. Magnetické pole totiž hviezdu merateľne nafukuje. Rovnako to môže objasniť výbuch z roku 2003, ktorý prekročil Chandrasekharov limit. Praktickým dôsledkom je, že supernovy typu Ia nemusia byť dokonalými štandardnými sviečkami – ich jas môže závisieť od magnetických vlastností predchodcu. To by si vyžiadalo úpravu metód, ktorými meriame vzdialenosti galaxií.
Chandrasekhar Placed A Limit On White Dwarfs, But A New Study Finds This Limit Is Not Absolute.
Štúdia síce ukazuje, že zmagnetizovaný biely trpaslík môže vzniknúť z bežnej hviezdy, stále však nie je jasné, aké silné pole je na to potrebné a ako často takéto hviezdy vznikajú. Simulácie sú zjednodušeným modelom a skutočné hviezdy môžu mať zložitejšiu štruktúru. Pozorovania zatiaľ nepriniesli priamy dôkaz o existencii super-Chandrasekharových bielych trpaslíkov s extrémnym magnetickým poľom. Výskum tak stavia novú otázku: ako presne sa takéto objekty formujú a či ich možno spoľahlivo rozoznať od bežných bielych trpaslíkov.
Chandrasekhar Placed A Limit On White Dwarfs, But A New Study Finds This Limit Is Not Absolute.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
