Međunarodni tim astronoma, koristeći NASA/ESA svemirski teleskop Habl, otkrio je zvezdanu retkost: ultramasivnog belog patuljka koji je nastao spajanjem belog patuljka sa drugom zvezdom, a ne evolucijom jedne zvezde. Ovo otkriće, omogućeno Hablovim osetljivim ultraljubičastim posmatranjima, sugeriše da bi ovi retki beli patuljci mogli biti češći nego što se ranije sumnjalo.

Beli patuljak je krajnje stanje zvezde koja nije dovoljno masivna da eksplodira kao supernova. Prelazak u belog patuljka počinje kada zvezda iscrpi zalihe vodonika u svom jezgru. Promene u jezgru i oko njega uzrokuju da zvezda izbaci svoje spoljne slojeve u masivnom zvezdanom uzdahu, otkrivajući gusto jezgro veličine Zemlje, koje evoluira u belog patuljka. Jezgra belih patuljaka se uglavnom sastoje od ugljenika i kiseonika ili kiseonika i neona, u zavisnosti od mase zvezde roditelja. Sunce će postati beli patuljak za oko 5 milijardi godina.

Slika: Ostatak spajanja belih patuljaka (umetnička impresija)

Beli patuljci teoretski mogu imati mase do oko 1,4 puta veće od mase Sunca, ali beli patuljci koji su masivniji od Sunca su retki. Ovi objekti, koje astronomi nazivaju ultramasivnim belim patuljcima, mogu nastati ili evolucijom jedne masivne zvezde ili spajanjem belog patuljka sa drugom zvezdom.

Nedavno su astronomi koristili Hablov kosmički spektrograf za poreklo da bi istražili jednog takvog ultramasivnog belog patuljka, WD 0525+526. WD 0525+526 je udaljen samo 128 svetlosnih godina i 20% masivniji od Sunca.

U vidljivoj svetlosti, spektar atmosfere WD 0525+526 podsećao je na tipičnog belog patuljka. Međutim, Hablov ultraljubičasti spektar otkrio je nešto neobično: dokaz prisustva ugljenika u atmosferi belog patuljka.

Beli patuljci koji nastaju evolucijom jedne zvezde imaju atmosfere sastavljene od vodonika i helijuma. Ove guste atmosfere prekrivaju površinu belog patuljka od ugljenika-kiseonika ili kiseonika-neona, obično sprečavajući da se ovi elementi pojave u njegovom spektru.

Kada se ugljenik pojavi u spektru belog patuljka, to može signalizirati nasilnije poreklo od tipičnog scenarija jedne zvezde: sudar dva bela patuljka, ili belog patuljka i podgigantske zvezde. Takav sudar može sagoreti atmosfere vodonika i helijuma sudarajućih zvezda, ostavljajući za sobom tanak sloj vodonika i helijuma oko ostatka spajanja, što omogućava ugljeniku iz jezgra belog patuljka da ispliva na površinu, gde se može detektovati.

„Ovo je otkriće koje naglašava da stvari mogu biti drugačije od onoga što nam se na prvi pogled čini“, rekao je glavni istraživač Hablovog programa, Boris Gensike, sa Univerziteta u Vorviku u Ujedinjenom Kraljevstvu. „Do sada se ovo činilo kao normalan beli patuljak, ali Hablove ultraljubičaste oči otkrile su da ima vrlo drugačiju istoriju od onoga što bismo pretpostavili. To je kao da osobi koju mislite da dobro poznajete postavite drugačije pitanje.“

Ovo otkriće označava prvi put da je beli patuljak nastao iz sudarajućih zvezda identifikovan ultraljubičastim spektrom. Pre ove studije, šest proizvoda spajanja belih patuljaka otkriveno je putem linija ugljenika u njihovim spektrima vidljive svetlosti. Svih sedam su deo veće grupe za koje je utvrđeno da su plavlji nego što se očekivalo za njihove mase i starosti iz studije sa ESA-inom misijom Gaia iz 2019. godine, pri čemu dokazi o spajanjima pružaju nove uvide u njihovu istoriju formiranja.

WD 0525+526 je izuzetan čak i unutar male grupe belih patuljaka za koje se zna da su proizvod spajanja zvezda. Sa temperaturom od skoro 21 000 kelvina i masom od 1,2 solarne mase, WD 0525+526 je topliji i masivniji od ostalih belih patuljaka u ovoj grupi.

Ekstremna temperatura WD 0525+526 predstavljala je svojevrsnu misteriju za tim. Za hladnije bele patuljke, kao što je šest prethodno otkrivenih proizvoda spajanja, proces nazvan konvekcija može mešati ugljenik u tanku atmosferu vodonika-helijuma. Međutim, WD 0525+526 je previše vruć za konvekciju. Umesto toga, tim je utvrdio da suptilniji proces nazvan semikonvekcija dovodi malu količinu ugljenika u atmosferu WD 0525+526. WD 0525+526 ima najmanju količinu atmosferskog ugljenika od bilo kog belog patuljka za koji se zna da je rezultat spajanja, oko 100 000 puta manje od ostalih ostataka spajanja.

Visoka temperatura i niska zastupljenost ugljenika znače da bi identifikacija ovog belog patuljka kao proizvoda spajanja bila nemoguća bez Hablove osetljivosti na ultraljubičasto svetlo; spektralne linije elemenata težih od helijuma, poput ugljenika, postaju slabije na vidljivim talasnim dužinama za toplije bele patuljke, ali ovi spektralni signali ostaju svetli u ultraljubičastom, gde je Habl jedinstveno pozicioniran da ih uoči.

„Hablov kosmički spektrograf za poreklo je jedini instrument koji može dobiti ultraljubičastu spektroskopiju vrhunskog kvaliteta koja je bila potrebna za detekciju ugljenika u atmosferi ovog belog patuljka“, rekla je vođa studije Snehalata Sahu sa Univerziteta u Vorviku.

Budući da je neobično poreklo WD 0525+526 otkriveno tek kada su astronomi ugledali njegov ultraljubičasti spektar, verovatno je da su i drugi naizgled „normalni“ beli patuljci zapravo rezultat kosmičkih sudara — mogućnost koju tim želi da istraži u budućnosti.

„Želeli bismo da proširimo naše istraživanje na ovu temu istražujući koliko su česti ugljenični beli patuljci i koliko se zvezdanih spajanja krije među normalnom porodicom belih patuljaka“, rekao je ko-vođa studije Antoan Bedrad sa Univerziteta u Vorviku. „To će biti važan doprinos našem razumevanju binarnih belih patuljaka i puteva do eksplozija supernova.“

Rad tima je objavljen u časopisu Nature Astronomy.

Broj objave: heic2510

Izvor slike: NASA, ESA, R. Crawford (STScI)