Концепт-арт двух белых карликов одинаковой массы, но разной температуры. Более горячая звезда (слева) немного крупнее, а более холодная звезда (справа) более компактна. Фото предоставлено: Роберто Молар Канданоса/Университет Джонса Хопкинса.
Исследование более 26 000 белых карликов подтвердило давно предсказанный, но неуловимый эффект этих сверхплотных умирающих звезд: более горячие белые карлики немного более пухлые, чем более холодные, даже если они имеют одинаковую массу.
Результаты приближают ученых на шаг ближе к использованию этих звездных объектов в качестве естественных лабораторий для изучения эффектов экстремальной гравитации и поиска экзотических частиц темной материи. Подробности исследования, проведенного Университетом Джонса Хопкинса, опубликованы в Astrophysical Journal.
«Белые карлики — одна из наиболее характерных звезд, с которыми мы можем работать, чтобы проверить эти основные теории обычной физики в надежде, что мы сможем найти что-то сумасшедшее, указывающее на новую фундаментальную физику», — сказала Николь Крамплер, астрофизик из Университета Джона Хопкинса. кто руководил работой.
«Если вы хотите искать темную материю, квантовую гравитацию или другие экзотические вещи, вам нужно лучше понимать нормальную физику. В противном случае то, что кажется новым, может оказаться просто новым проявлением уже известного нам эффекта».
Белые карлики — это ядра звезд, которые когда-то были похожи на наше Солнце, но исчерпали весь водород, который когда-то служил ядерным топливом. Эти уменьшенные звезды настолько плотны, что чайная ложка их вещества весит более тонны, что намного тяжелее обычного вещества. Поскольку эта масса настолько плотно упакована, ее гравитационное притяжение может быть в сотни раз сильнее, чем у Земли.
Исследование основывалось на измерениях того, как эти экстремальные условия повлияли на световые волны, излучаемые белыми карликами. Свет, удаляющийся от таких массивных объектов, теряет энергию, выходя из гравитации, и постепенно становится краснее. Этот эффект «красного смещения» растягивает световые волны, как резину, так, что это можно измерить телескопами. Это результат искажения пространства-времени, вызванного чрезвычайной гравитацией, как предсказывает общая теория относительности Эйнштейна.
Усреднив измерения движения белых карликов относительно Земли и сгруппировав их по гравитации и размеру, команда выделила гравитационное красное смещение, чтобы измерить, как более высокие температуры влияют на объем их газовых внешних слоев.
Исследование продолжает усилия все той же группы Джона Хопкинса. Их исследование 3000 белых карликов, проведенное в 2020 году, подтвердило, что звезды сжимаются по мере набора массы из-за «давления электронного вырождения», квантово-механического процесса, который сохраняет стабильность их плотных ядер в течение миллиардов лет без необходимости ядерного синтеза. Наше Солнце обычно поддерживает другие типы звезд.
По словам Крамплера, до сих пор у команды не было достаточно данных, чтобы уверенно подтвердить более тонкое, но важное влияние более высоких температур на соотношение массы к размеру.
Исследование объединяет наблюдения Слоановского цифрового обзора неба, в котором используются телескопы в Чили и Нью-Мексико, и миссии Gaia Европейского космического агентства. Оба проекта постоянно картографируют и отслеживают миллионы звезд, галактик и других космических объектов.
«Следующим рубежом может стать обнаружение чрезвычайно тонких различий в химическом составе ядер белых карликов разных масс», — сказала Надя Закамска, профессор астрофизики в Университете Джонса Хопкинса, которая руководила исследованием.
«Мы не до конца понимаем, какую максимальную массу может иметь звезда, чтобы образовать белого карлика, в отличие от нейтронной звезды или черной дыры. Эти все более точные измерения могут помочь нам проверить и уточнить теории по этой и другим малоизученным процессам эволюции массивных звезд.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
По словам Крамплера, наблюдения могут также помочь в попытках обнаружить признаки темной материи, такие как аксионы или другие гипотетические частицы. Предоставив более подробную картину структур белых карликов, команда могла бы использовать эти данные, чтобы выявить сигнал от конкретной модели темной материи, который приводит к интерференционной картине в нашей галактике.
По словам Крамплера, если два белых карлика находятся в одном и том же пятне интерференции темной материи, темная материя изменит структуру этих звезд одинаковым образом.
Хотя темная материя обладает гравитацией, она не излучает свет или энергию, которые можно увидеть в телескопы. Ученые знают, что оно составляет большую часть вещества в космосе, поскольку его гравитация влияет на звезды, галактики и другие космические объекты аналогично тому, как Солнце влияет на орбиту нашей планеты.
«Мы бились головами о стену, пытаясь понять, что такое темная материя, но я бы сказал, что мы полностью застряли», — сказал Крамплер.
«Мы многое знаем о том, чем темная материя не является, и у нас есть ограничения на то, что она может и чего не может делать, но мы до сих пор не знаем, что это такое. Вот почему важно понимать более простые астрофизические объекты, такие как белые карлики, поскольку они дают надежду на открытие того, чем может быть темная материя».
Информация от: Университетом Джонса Хопкинса
