Трансформация белых карликов в нейтронные звезды: новый взгляд на космические процессы

Белые карлики — это мощные остатки звезд, которые заканчивают свою жизнь, исчерпав запасы водорода в своих ядрах. Когда звезды, подобные нашему Солнцу, умирают, они сбрасывают свои внешние слои и остаются в виде белых карликов, которые представляют собой сжатые до размеров Земли объекты с массой, сопоставимой с солнечной. Однако в определенных условиях белые карлики могут трансформироваться в еще более экзотические объекты — нейтронные звезды, состоящие из самого плотного материала во Вселенной. Для этого процесса необходимы особые условия, которые можно сравнить с ситуацией «Златовласки» в космосе.

Путь к нейтронной звезде

Согласно современным представлениям, звезды с массой около восьми солнечных масс, когда исчерпывают водород в своих ядрах, генерируют достаточное давление и тепло для слияния гелия в более тяжелые элементы, пока не достигают ядра из железа. В результате этого процесса происходит взрыв сверхновой, который приводит к образованию нейтронной звезды с массой от одной до двух солнечных. Однако существует также возможность, что белый карлик может стать нейтронной звездой, если он получает материал от спутниковой звезды. Этот процесс получил название аккреционно-индуцированного коллапса (AIC). Лауренц Тюммлер из ETH Zurich, возглавляющий исследовательскую группу, объясняет, что AIC начинается с белого карлика, который уже является звездным остатком, и его трансформация не зависит от его собственной эволюции, а происходит благодаря материалу, полученному от компаньона.

Условия для AIC

В процессе AIC коллапс белого карлика происходит аналогично коллапсу массивной звезды, создающей нейтронную звезду. Однако в отличие от обычного сценария, в AIC отсутствует толстая оболочка материала, выброшенная в ходе умирания массивной звезды. Это означает, что AIC ожидается как более слабое и быстрое событие, и в отличие от обычной сверхновой, выброс материала будет значительно меньше. Исследования показали, что не все белые карлики могут пройти через AIC. Для этого белый карлик должен достигнуть так называемого предела Чандрасекара, который составляет около 1.4 солнечных масс. Если белый карлик состоит из углерода и кислорода, он может стать сверхновой типа Ia, полностью разрушившись. Однако белые карлики, состоящие из кислорода, неона и магния, могут избежать этого разрушения благодаря своей высокой плотности.

Роль аккреции

Команда исследователей также обнаружила, что скорость аккреции, то есть скорость, с которой материал от компаньона падает на белый карлик, должна находиться в узком диапазоне. Если скорость слишком низкая, могут произойти нововозникшие взрывы, выбрасывающие накопленный материал. Если же скорость слишком высокая, это может привести к расширению оболочки или взаимодействию бинарной системы, что не позволит белому карлику достичь условий, необходимых для коллапса. Таким образом, аккреция должна быть достаточно быстрой и стабильной, чтобы не вызвать взрывное сгорание в процессе. Когда условия соблюдены, электроны захватываются на ядрах неона и магния, что приводит к снятию давления, поддерживающего звезду, и последующему коллапсу.

Ожидаемые наблюдения

Исследователи предполагают, что AIC могут быть обнаружены с помощью обсерватории Вера К. Рубин и других телескопов в виде яркого ультрафиолетового и оптического события, продолжающегося от двух до трех дней, возможно, с сопутствующими рентгеновскими излучениями и более длительными радиоизлучениями. Однако нейтронные звезды, образующиеся в результате таких событий, могут быть трудны для различения с нейтронными звездами, образованными традиционным путем.

Будущие исследования

Команда продолжает исследовать AIC, планируя улучшить предсказания световых кривых, учитывая как радиоактивное нагревание, так и инъекцию энергии. Это требует различения энергии, переносимой гамма-лучами, и энергии, передаваемой заряженными частицами. Также необходимо протестировать надежность геометрии взрыва, так как текущие модели основываются на относительно простой конфигурации магнитного поля. Таким образом, AIC представляет собой интересное направление в астрономии, открывающее новые горизонты для понимания процессов, происходящих в конечных стадиях жизни звезд.