Когда звезды исчерпывают свое водородное топливо в конце фазы главной последовательности, они подвергаются коллапсу ядра и теряют свои внешние слои в виде сверхновой. В то время как особенно массивные звезды коллапсируют и становятся черными дырами, звезды, сравнимые с нашим Солнцем, становятся звездными остатками, известными как «белые карлики». Эти «мертвые звезды» чрезвычайно компактны и плотны, имеют массу, сравнимую со звездой, но сконцентрированы в объеме размером с планету. Несмотря на то, что химический состав этих звездных остатков широко распространен в нашей галактике, он уже много лет озадачивает астрономов.
Например, белые карлики поглощают близлежащие объекты, такие как кометы и планетезимали, в результате чего они «загрязняются» микроэлементами и другими элементами. Хотя этот процесс еще не до конца изучен, он может стать ключом к раскрытию содержания металлов и состава (также известного как металличность) звезд белых карликов, что потенциально приведет к открытиям об их динамике. В недавней статье команда из Университета Колорадо в Боулдере предположила, что причина, по которой звезды-белые карлики поглощают соседние планетезимали, может быть связана с их образованием.
В состав исследовательской группы входили Тацуя Акиба, доктор философии. кандидат Калифорнийского университета в Боулдере в Объединенном институте лабораторной астрофизики (JILA) Калифорнийского университета в Боулдере. К нему присоединились Села Макинтайр, студентка факультета химии, и Энн-Мари Мэдиган, научный сотрудник JILA и профессор кафедры астрофизических и планетарных наук. Об их исследованиях сообщалось в статье под названием «Приливное разрушение планетезималей из эксцентричного диска обломков после натального удара белого карлика», которая недавно появилась в Астрофизический журнал.
Несмотря на их распространенность в нашей галактике, химический состав белых карликов уже много лет озадачивает астрономов. Присутствие элементов тяжелых металлов, таких как кремний, магний и кальций, на поверхности многих из этих остатков звезд противоречит тому, что астрономы считают обычным поведением звезд. «Мы знаем, что если эти тяжелые металлы присутствуют на поверхности белого карлика, белый карлик достаточно плотный, поэтому эти тяжелые металлы должны очень быстро опуститься к ядру», — сказал Акиба в недавнем пресс-релизе JILA. «Итак, вы не должны видеть никаких металлов на поверхности белого карлика, если белый карлик что-то активно не ест».
Исследовательская группа Мэдигана в JILA занимается гравитационной динамикой белых карликов и тем, как она влияет на окружающий материал. Для своего исследования команда создала компьютерные модели, имитирующие белого карлика, испытывающего редкое явление, которое, как известно, происходит во время его формирования. Это заключалось в асимметричной потере массы, вызванной «натальным толчком», который изменил его движение и динамику окружающего материала. Как объяснил профессор Мэдиган:
«Моделирование помогает нам понять динамику различных астрофизических объектов. Итак, в этой симуляции мы бросаем кучу астероидов и комет вокруг белого карлика, который значительно больше, и смотрим, как развивается симуляция и какие из этих астероидов и комет съедает белый карлик. Другие исследования показали, что астероиды и кометы, небольшие тела, могут быть не единственным источником металлического загрязнения на поверхности белого карлика. Значит, белые карлики могут съесть что-то большее, например, планету».
В 80% своих тестовых запусков команда заметила, что орбиты комет и планетезималей в пределах от 30 до 240 а.е. (расстояние между Солнцем и Нептуном и далеко в поясе Койпера) от звезды становились вытянутыми и выровненными. Они также обнаружили, что примерно в 40% их симуляций поглощенные планетезимали пришли с ретроградных орбит. Наконец, они расширили свое моделирование до 100 миллионов лет после образования и обнаружили, что эти планетезимали все еще имеют вытянутые орбиты и двигаются как единое целое.
Эти новые открытия также проливают свет на происхождение, химию и будущую эволюцию звезд, включая нашу Солнечную систему. Примерно через 5 миллиардов лет наше Солнце выйдет из фазы главной последовательности и станет красным гигантом. Примерно 2 миллиарда лет спустя она сбросит свои внешние слои в виде сверхновой, оставив после себя остаток белого карлика. Заглядывая в будущее, исследователи надеются расширить масштабы своего моделирования, чтобы изучить, как белые карлики взаимодействуют с более крупными планетами. Эти симуляции могут показать, что станет с внешними планетами нашей Солнечной системы, когда наше Солнце перейдет в «мертвую» фазу. Сказал Мэдиган:
«Я считаю, что в нашей теории есть что-то уникальное: мы можем объяснить, почему события аккреции настолько продолжительны. В то время как другие механизмы могут объяснить первоначальное событие аккреции, наше моделирование удара показывает, почему он все еще происходит сотни миллионов лет спустя. Подавляющее большинство планет во Вселенной в конечном итоге окажется на орбите белого карлика. Вполне возможно, что 50% этих систем будут съедены своей звездой, включая нашу собственную Солнечную систему. Теперь у нас есть механизм, объясняющий, почему это произойдет».
Дальнейшее чтение: ДЖИЛА, АДЖЛ
