Раскрыт секрет белых карликов: для этого пришлось изучить 26 000 мертвых звезд
Как выяснилось, белые карлики, чья температура выше немного больше по размеру своих менее горячих собратьев, даже если масса таких звезд одинаковая. Это открытие приближает астрономов к тому, что умирающие звезды могут играть роль естественных лабораторий для поиска темной материи и анализа экстремальной гравитации.
Белые карлики — это ядра звезд, подобных нашему Солнцу, в которых закончился запас водорода, необходимого для процессов ядерного синтеза. Они невероятно плотны: объем их вещества, равный чайной ложке будет весить около 1 000 кг. Подобная плотность приводит к сильнейшему гравитационному притяжению — оно превышает земное в тысячи раз.
Исследование ученых из Университета Джонса Хопкинса сосредоточилось на изучении того, как экстремальная гравитация влияет на волны света, который испускают такие звезды. Свет, покидающий столь массивные объекты, лишается энергии, что вызывает его постепенное «покраснение», или гравитационный красный сдвиг. Такой эффект был предсказан теорией относительности Эйнштейна и связан с искривлением пространства-времени под воздействием сильной гравитации.
Используя данные о движении белых карликов относительно нашей планеты, астрофизики смогли изолировать влияние гравитационного красного сдвига, чтобы измерить, как объем внешнего слоя газа у таких звезд меняется под влиянием температуры. В работе приняли участие более 26 000 белых карликов, что позволило сделать уверенные выводы о взаимосвязи между размерами таких звезд и их температурой.
Четыре года назад та же команда доказала, что белые карлики с ростом своей массы уменьшаются в размере благодаря процессу, известному как «давление вырожденного газа». Этот квантовомеханический эффект стабилизирует звезды на протяжении миллиардов лет. Однако подтверждение влияния температуры на эту взаимосвязь стало возможным только сейчас благодаря значительно увеличенной выборке данных.
Для анализа использовались наблюдения с телескопов проекта Sloan Digital Sky Survey, а также данные миссии Gaia Европейского космического агентства. Эти проекты постоянно проводят картографирование миллионов различных космических объектов, что позволило специалистам получить точные измерения.
Результаты исследования открывают новые возможности для оценки процессов эволюции массивных звезд, а также анализа химического состава ядер белых карликов. «Нам до сих пор в полной мере неизвестно, какая максимальная масса должна быть у звезды, чтобы она превратилась именно в белого карлика, а не черную дыру или нейтронную звезду. Новые высокоточные измерения помогут нам внести ясность в существующие теории», — отметила профессор астрофизики Надя Закамска.
Кроме того, полученные данные могут способствовать поиску следов темной материи, например, аксионов или других гипотетических частиц. Ученые надеются, что структура белых карликов поможет выявить признаки моделей темной материи, влияющей на их свойства.
Темная материя не излучает света и энергии, но ее гравитационное воздействие распространяется на движение звезд и галактик. Хотя большинство того, что мы знаем о темной материи, связано с тем, чем она не является, изучение белых карликов дает надежду на разгадку этой загадки. «Мы все еще практически ничего не знаем о природе темной материи, но понимание относительно простых астрофизических объектов, в том числе, белых карликов, может приблизить нас к этому открытию», — подчеркнула руководитель исследования Николь Крамплер.
Ранее ученые обнаружили «спящую» черную дыру с массой почти в половину галактики.
