Ученые узнали, откуда взялись тяжелые металлы на поверхности белых карликов
Загадку присутствия элементов тяжелых металлов — кремния, магния и кальция, на поверхности многих белых карликов, что противоречит законам физики, решили специалисты JILA, одного из ведущих исследовательских институтов США в области физических наук, 3 мая сообщает пресс-служба JILA.
Белые карлики являются конечным эволюционным состоянием звезд, масса которых недостаточно велика, чтобы стать нейтронной звездой или черной дырой, их ядро схлопывается в плотный шар, по размеру схожий с Землей, но массой с наше Солнце. Такие белые карлики в нашей галактике составляют 97% звезд, однако химический состав этих остатков звезд уже много лет является загадкой для астрономов.
Аспирант JILA Тацуя Акиба пояснил, о какой загадке идет речь: «Мы знаем, что если эти тяжелые металлы попали на поверхность белого карлика, то белый карлик достаточно плотен, поэтому эти тяжелые металлы должны очень быстро опуститься к ядру. Поэтому вы не должны видеть никаких металлов на поверхности белого карлика, если только белый карлик активно что-то не ест».
Правда, белые карлики могут притягивать различные близлежащие объекты, такие как кометы или астероиды (иначе называемые планетезималями), но подробности такого процесса еще не были полностью изучены. Тем не менее он может стать ключом к разгадке этой тайны — металлов на поверхности белого карлика, решили исследователи.
Исследование, в котором участвовали Акиба, научный сотрудник JILA, профессор астрофизических и планетарных наук Университета Колорадо в Боулдере Энн-Мари Мэдиган и студентка бакалавриата Села Макинтайр, как они считают, выявило причину, по которой белые карлики «съедают» ближайших к ним планетезималей.
Результаты исследования были представлены в статье «Приливное разрушение планетезималей из эксцентричного диска обломков, образовавшегося в результате столкновения с белым карликом», опубликованной в The Astrophysical Journal Letters.
Ученые выполнили компьютерное моделирование динамики белого карлика, который в момент своего формирования получил толчок, вызванный асимметричной потерей массы, изменивший его движение и динамику всего окружающего вещества.
В 80% своих тестовых запусков модели исследователи наблюдали, что в результате такого толчка орбиты комет и астероидов, находящихся в диапазоне от 30 до 240 астрономических единиц от белого карлика, становились вытянутыми и выровненными. При этом около 40% впоследствии «съеденных» планетезималей имели ретроградные орбиты (т.е. вращались в противоположном направлении вращению карлика).
Исследователи расширили свою модель, чтобы получить динамику белого карлика через 100 миллионов лет. Получилось, что ближайшие планетезимали белого карлика по-прежнему имеют вытянутые орбиты и двигаются как единое целое, чего раньше никогда не наблюдалось.
«Это то, что, на мой взгляд, является уникальным в нашей теории: мы можем объяснить, почему события аккреции настолько длительны, — заявляет Мэдиган. — Хотя другие механизмы могут объяснить первоначальное событие аккреции, наши симуляции с толчком показывают, почему она всё еще продолжается сотни миллионов лет спустя».
(Аккреция — захват вещества из окружающего пространства гравитационным полем небесного тела с последующим падением части этого вещества на поверхность этого тела.)
Эти результаты объясняют также, почему тяжелые металлы обнаруживаются на поверхности белого карлика — белый карлик постоянно поглощает более мелкие объекты на своем пути.
«Моделирование помогло нам понять динамику различных астрофизических объектов», — говорит Акиба. Исследователи надеются расширить свои модели для будущих проектов, чтобы изучить, как белые карлики взаимодействуют с более крупными планетами и больше узнать об образовании белых карликов, что важно для понимания того, как звездные системы меняются на протяжении миллионов лет.
Они также помогут пролить свет на происхождение и будущую эволюцию нашей Солнечной системы. «Подавляющее большинство планет во Вселенной в конечном итоге окажется на орбите белого карлика, — говорит Мэдиган. — Может случиться так, что 50% этих систем будут съедены своей звездой, включая нашу собственную Солнечную систему. Теперь у нас есть механизм, объясняющий, почему это произойдет».
