Astronomowie odkryli dziwny nowy typ gwiazdy

Zespół badawczy identyfikuje bardzo niezwykłą gwiazdę, która może ewoluować w magnetar – najbardziej magnetyczny obiekt w znanym wszechświecie.

Astronomowie odkryli bardzo niezwykłą gwiazdę o najsilniejszym polu magnetycznym, jakie kiedykolwiek znaleziono w masywnej gwieździe – i może to stać się jednym z najbardziej magnetycznych obiektów we wszechświecie: wariantem gwiazda neutronowa znany jako magnes. Odkrycie to oznacza odkrycie nowego typu obiektu astronomicznego – masywnego magnetara helowego – i rzuca światło na pochodzenie magnetarów.

Zrozumienie gwiazd neutronowych i magnetarów

Gwiazdy neutronowe to gęste pozostałości pozostawione przez masywną gwiazdę po wybuchu supernowej. Ta pozostałość jest uważana za najgęstszą materię we wszechświecie. Niektóre gwiazdy neutronowe, znane jako magnetary, pobiły rekord najsilniejszych pól magnetycznych spośród wszystkich obiektów. W jaki sposób magnesy, które mają zaledwie 15 kilometrów szerokości, tworzą i wytwarzają tak potężne pola magnetyczne, pozostaje tajemnicą.

Wrażenie tego artysty pokazuje ostateczny los HD 45166 po zapadnięciu się jej jądra, dając początek gwieździe neutronowej o polu magnetycznym około 100 bilionów gausów — najsilniejszym typie magnesu we wszechświecie. Źródło: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marnfeld/M. mój czas

Związek między gwiazdami helowymi a magnesami

Nowe obserwacje zespołu astronomów, w tym NSF NOIRLabAndré-Nicolas Chené, może rzucić ważne światło na pochodzenie tych sił magnetycznych. Korzystając z różnych teleskopów na całym świecie, w tym Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego Teleskopu (CFHT) na Maunakea,^[1] Naukowcy zidentyfikowali nowy typ obiektu astronomicznego – masywny magnetar helowy. Ten niezwykły wariant gwiazdy Wolfa-Rayeta może być prekursorem magnetara.

Cheney wyjaśnił: „Po raz pierwszy wykryto silne pole magnetyczne w masywnej gwieździe helowej. Nasze badanie sugeruje, że ta gwiazda helowa zakończy swoje życie jako magnetar.”

Puzzle HD 45166

Pomimo badań prowadzonych przez astronomów przez ponad sto lat, prawdziwa natura tej gwiazdy, nazwanej HD 45166, pozostaje w większości nieznana. Ujawniono tylko podstawowe fakty, w tym to, że jest bogaty w hel, nieco masywniejszy od naszego Słońca i jest częścią układu podwójnego.

Wrażenie tego artysty pokazuje, jak za kilka milionów lat HD 45166 eksploduje jako bardzo jasna, ale niezbyt aktywna supernowa. Podczas tej eksplozji jej rdzeń skurczy się, zatrzymując i koncentrując i tak już przerażające linie pola magnetycznego gwiazdy. Źródło: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marnfeld/M. mój czas

„Ta gwiazda stała się w pewnym sensie moją obsesją” – powiedział Tomer Schnar, astronom z Uniwersytetu w Amsterdamie i główny autor badania opublikowanego w czasopiśmie. Nauki. Badając wcześniej podobne gwiazdy bogate w hel, Shenar był zaintrygowany niezwykłymi właściwościami HD 45166, która ma pewne cechy gwiazdy Wolfa-Rayeta, ale ma unikalną sygnaturę widmową. Podejrzewał, że pola magnetyczne mogą wyjaśnić te zagadkowe właściwości. Powiedział: „Pamiętam moment eureki podczas czytania literatury:„ A jeśli gwiazda jest magnetarem? „

Schnarr i Cheney wraz ze współpracownikami postanowili przetestować tę hipotezę, wykonując nowe obserwacje spektroskopowe tego układu gwiezdnego za pomocą CFHT. Obserwacje te ujawniły, że gwiazda ta ma wyjątkowo silne pole magnetyczne, około 43 000 gausów,^[2] Najsilniejsze pole magnetyczne, jakie kiedykolwiek znaleziono w masywnej gwieździe. Badając również jej interakcje z gwiazdą towarzyszącą, zespół był w stanie dokonać dokładnych szacunków jej masy i wieku.

Astronom z NOIRLab, André-Nicolas Chené, omawia, w jaki sposób astronomowie znaleźli bardzo niezwykłą gwiazdę z najsilniejszym polem magnetycznym, jakie kiedykolwiek znaleziono w masywnej gwieździe — i która może stać się jednym z najbardziej magnetycznych obiektów we wszechświecie: substytutem gwiazdy neutronowej znanej jako magnes. Odkrycie to oznacza odkrycie nowego typu obiektu astronomicznego – masywnego magnetara helowego – i rzuca światło na pochodzenie magnetarów. Źródło: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marienfeld

Naukowcy spekulują, że w przeciwieństwie do innych gwiazd helowych, które ostatecznie wyewoluowały z czerwonego nadolbrzyma, ta konkretna gwiazda prawdopodobnie powstała w wyniku połączenia pary gwiazd o średniej masie.

„To bardzo specyficzny scenariusz i rodzi pytanie, ile magnetarów pochodzi z podobnych systemów, a ile z innych typów systemów” – powiedział Cheney.

Przyszłość HD 45166 i Magnetar Origins

Za kilka milionów lat HD 45166, znajdująca się w odległości 3000 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Jednorożca, eksploduje jako bardzo jasna, ale niezbyt aktywna supernowa. Podczas tej eksplozji jej rdzeń skurczy się, zatrzymując i koncentrując i tak już przerażające linie pola magnetycznego gwiazdy. Rezultatem byłaby gwiazda neutronowa o polu magnetycznym około 100 bilionów gausów – najsilniejszy rodzaj magnesu we wszechświecie.

„Myśleliśmy, że najbardziej prawdopodobni kandydaci na magnetary będą pochodzić z najbardziej masywnych gwiazd” – powiedział Chenet. „To, co pokazują nam te badania, to fakt, że znacznie mniej masywne gwiazdy mogą stać się magnetarami, jeśli warunki są odpowiednie”.

Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Helium Magnetostars: A New Kind of Astronomical Object.

Źródło: „Masywna gwiazda helowa z polem magnetycznym wystarczająco silnym, by utworzyć magnetar” autorzy: Tomer Shinar, Greg A. Wade, Pablo Marchant, Stefano Bagnolo, Julia Bodensteiner i Dominic M. Baumann, Avishai Gilkes, Norbert Langer, Andre Nicholas-Cheney, Lydia Uskenova, Timothy van Rith, Hugues Sana, Nicole St. Louis, Alexandre Soares de Oliveira, Helge Todd i Silvia Tonen 17 sierpnia 2023 r., Dostępne tutaj. Nauki.
DOI: 10.1126/science.ade3293

notatki

1. Zespół oparł się również na kluczowych danych archiwalnych zebranych za pomocą światłowodowego spektrofotometru optycznego o rozszerzonym zasięgu (FEROS) w ESOObserwatorium La Silla w Chile.
2. Gauss to jednostka miary indukcji magnetycznej, znana również jako gęstość strumienia magnetycznego (w zasadzie miara siły magnetycznej). Polarne pole magnetyczne Słońca wynosi 1-2 gausów, podczas gdy plamy słoneczne mogą osiągnąć pole magnetyczne o wartości około 3000 gausów.