Аннотация:
После того, как у звезды заканчивается ядерное топливо, она не обязательно заканчивает свою жизнь впечатляющим взрывом сверхновой. Звезды, подобные Солнцу, обычно сбрасывают свои внешние слои, оставляя после себя плотное ядро, которое близко к Земле, но может быть столь же массивным, как Солнце. Это белый карлик.
В течение долгого времени астрономическое сообщество считало, что белые карлики имеют непреодолимый верхний предел массы, известный как «предел Чандрасекара», который примерно в 1,4 раза превышает массу Солнца. После превышения этого предела белые карлики обычно не могут сохранять стабильную структуру и могут подвергнуться гравитационному коллапсу или термоядерному взрыву. Однако новое моделирование, проведенное командой Индийского института науки (IISc), показало, что сильные внутренние магнитные поля могут изменить этот предел, в результате чего некоторые белые карлики становятся примерно в 2,4 раза массивнее Солнца.
Результат исследования был опубликован в The Astrophysical Journal Letters. Исследователи полагают, что сильные магнитные поля могут обеспечить дополнительную внутреннюю поддержку белым карликам, позволяя им оставаться стабильными, даже когда их массы намного превышают ожидаемые традиционной теорией.
Причина, по которой белые карлики могут сопротивляться собственной гравитации, в основном основана на квантово-механическом эффекте, называемом давлением электронного вырождения. Но по мере того, как масса продолжает увеличиваться, гравитация будет становиться все сильнее и сильнее, в конечном итоге преодолевая эту поддерживающую способность. Предел Чандрасекара — это теоретический верхний предел, основанный на этом физическом механизме.
Исследователи обнаружили, что сильные магнитные поля могут внести новые переменные в эту традиционную модель. По мере того, как белый карлик аккумулирует материал от своей звезды-компаньона, его масса продолжает увеличиваться, а внутренняя плотность увеличивается, что приводит к дальнейшему сжатию звезды. Этот процесс сжатия может усилить его внутреннее магнитное поле, а дополнительное давление, создаваемое магнитным полем, может помочь противостоять гравитации, позволяя белому карлику выдерживать большую массу.
Чтобы проверить эту возможность, исследовательская группа модифицировала программу звездной эволюции STARS, разработанную Кембриджским университетом, чтобы включить в модель эффект магнитного поля и процесс охлаждения звезды-белого карлика. Начиная с того момента, когда звезда еще находится на стадии главной последовательности, она моделирует ее эволюцию в звезду-белого карлика и последующую аккрецию материала от звезды-компаньона.
В одном из случаев моделирования звезда с начальной массой примерно в 8 раз превышающей солнечную, в конечном итоге образовала углеродно-кислородный белый карлик с массой примерно в 1,02 солнечной. Поскольку белый карлик аккрецировал материал со скоростью около одной миллиардной солнечной массы в год, его магнитное поле постепенно усиливалось, и верхний предел стабильной массы, рассчитанный моделью, в конечном итоге достиг примерно 2,4 массы Солнца. Для сравнения: в аналогичных условиях, если не принимать во внимание влияние магнитного поля, верхний предел массы все равно сохраняется примерно в 1,4 раза больше массы Солнца.
Зения Зурайк, первый автор статьи и аспирант кафедры физики Индийского научного института, сказала, что ключом к исследованию является не только доказательство того, что белые карлики с массой сверхЧандрасекара могут существовать в теории, но, что более важно, проверка того, может ли звезда действительно образовать такой объект в результате естественной эволюции. Это моделирование отслеживает стадию главной последовательности звезды вплоть до формирования белого карлика и последующего процесса аккреции, показывая, что при определенных условиях этот путь эволюции действительно возможен.
На самом деле, идея о том, что белые карлики превышают предел Чандрасекара, изучалась астрономами на протяжении десятилетий. Ранее астрономы наблюдали несколько необычно ярких сверхновых типа Ia, которые оказались значительно ярче, чем ожидалось обычными моделями. Поэтому некоторые предположили, что эти взрывы могут исходить от белых карликов с массой, намного превышающей солнечную в 1,4 раза. Некоторые теории даже предполагают, что масса его предшественника может быть в 2,8 раза больше массы Солнца.
Значение этого исследования заключается в том, что многие теоретические расчеты в прошлом были сосредоточены на том, могут ли сверхмассивные белые карлики оставаться стабильными, но новое исследование дополнительно моделирует, как они на самом деле формируются в процессе звездной эволюции. Таким образом, исследовательская группа предоставила более полное теоретическое объяснение сверхмассивным белым карликам, поддерживаемым магнитными полями. Однако это не означает, что такие объекты очень распространены во Вселенной, и исследования до сих пор не могут определить, как часто они появляются на самом деле.
Это открытие может также повлиять на измерения астрономами скорости расширения Вселенной.
Сверхновые типа Ia обычно возникают, когда внутри углеродно-кислородного белого карлика происходит неконтролируемое термоядерное горение. Когда температура и давление внутри объекта достигают определенных условий, углеродный элемент может воспламениться, вызывая сильный термоядерный взрыв. Поскольку эти типы сверхновых имеют относительно стабильные характеристики яркости, которые можно калибровать с помощью кривых блеска, астрономы уже давно используют их в качестве важного инструмента для измерения расстояний до далеких галактик и изучения истории расширения Вселенной.
Если некоторые сверхновые типа Ia на самом деле происходят от белых карликов, которые более массивны и имеют более сильные магнитные поля, то их прародители могут значительно отличаться от традиционных моделей. Эти различия могут повлиять на яркость и эволюцию взрывов сверхновых, тем самым влияя на точность измерений космических расстояний. Дальнейшее понимание механизмов формирования таких сверхновых поможет улучшить физические модели, которые астрономы используют для изучения расширения Вселенной.
Это исследование также напоминает ученым, что на некоторые, казалось бы, непреодолимые физические ограничения во Вселенной могут влиять факторы, которые ранее не были полностью учтены. Предел Чандрасекара не может быть легко применен при любых условиях. Сильные магнитные поля могут открыть для белых карликов эволюционный путь, который раньше было трудно идентифицировать.
Исследовательская статья называется «Формирование белых карликов Супер-Чандрасекара в результате эволюции намагниченных звезд главной последовательности: новые пределы массы на основе моделирования STARS» и была опубликована в The Astrophysical Journal Letters 8 октября 2026 года.
Комментарии