Уникальные характеристики этого небесного тела послужили причиной для ученых дать ему имя Янус, в честь двуликого бога из древнеримской мифологии.
Астрономические наблюдения за сильно намагниченными белыми карликами, расположенные на удалении свыше 1000 световых лет от нашей планеты, позволили обнаружить объект с необычными особенностями. Одна из сторон атмосферы белого карлика почти целиком сформирована из водорода, а другая – преимущественно из гелия. Впервые в истории астрономических наблюдений ученые зафиксировали белый карлик, чьи внешние слои значительно отличаются по химическому составу. Статья об этом опубликована в журнале Nature.
Белые карлики представляют собой плотные объекты, обладающие массой, сопоставимой с солнечной, но при этом их радиус равен радиусу Земли (6371 километр). Они формируются в процессе завершения развития звёзд, масса которых не превышает 8-10 солнечных масс.
С течением времени эти, казавшиеся ранее несложными, небесные тела «стареют» и трансформируются в красных гигантов. По мере исчерпания запасов топлива для термоядерных процессов в недрах красных гигантов, их внешние слои увеличиваются в размерах, а ядро – сжимается. В конечном счете, внешние слои звезды формируют планетарную туманность, а ядро становится белым карликом.
Фактически, это уже не звёзды, так как в их внутренностях не происходят термоядерные процессы. Белые карлики остывают крайне медленно, несмотря на отсутствие устойчивых внутренних источников тепла. Эти небесные тела характеризуются небольшими габаритами, что обуславливает относительно низкую интенсивность излучения.
Белые карлики в основном формируются из углерода, водорода, кислорода, гелия, магния и неона. В зависимости от массы, в их составе могут присутствовать и более тяжелые элементы, однако в незначительных количествах. Легкие химические элементы, такие как водород и гелий, поднимаются вверх, пополняя внешние слои – атмосферу. Более тяжелые элементы, под действием сильной гравитации, перемещаются к ядру, где входят в его состав O, Ne и Mg).
По мере остывания белых карликов их температура снижается до 30 тысяч кельвинов, что приводит к расширению слоев атмосферы. Ранее считалось, что слои водорода и гелия перемешиваются, делая химический состав атмосферы неоднородным. Однако недавнее открытие американскими астрономами из Калифорнийского технологического института изменило представление об атмосфере этих объектов.
Астрономы, используя установку для поиска транзиентов имени Цвикки (Zwicky Transient Facility), подключенную к телескопу имени Сэмюэля Ошина (Samuel Oschin Telescope) в Паломарской обсерватории, проводили наблюдение за группой сильно намагниченных белых карликов, когда обнаружили необычное поведение одного из них. Белый карлик, получивший обозначение ZTF J203349.8+322901.1, демонстрировал более быстрое изменение яркости по сравнению с другими объектами.
Исследователи обратились с запросом о получении дополнительных данных, касающихся космического объекта ZTF J203349.8+322901.1, поскольку их внимание было сосредоточено на определении химического состава его атмосферы. Спектрометр высокой точности, установленный в обсерватории Кека, продемонстрировал, что слои атмосферы не однородны: на одной стороне объекта зарегистрировано наличие водорода, но отсутствует гелий, в то время как на другой стороне обнаружен гелий без водорода, что является необычной особенностью для объектов данного типа.
Белого карлика назвали в честь Януса, римского бога с двумя лицами. Ученые до сих пор не могут объяснить особенности его атмосферы, однако у них есть несколько предположений. Согласно одной из гипотез, магнитные поля могут быть причиной того, что газы из разных полушарий этого небесного тела не перемешались.
«Магнитные поля, окружающие космические тела, чаще всего имеют асимметричную структуру или проявляются с большей интенсивностью с одной из сторон атмосферы. Если магнитное поле сконцентрировано с одной стороны, это может препятствовать перемешиванию газов, что приводит к их неравномерному распределению. В этой области будет преобладать слой, состоящий из самого легкого элемента — водорода», — объяснила Илария Кайаццо – руководитель исследования и научный сотрудник Калифорнийского технологического института.
Для раскрытия тайны загадочного Януса, команде американских исследователей потребуется изучить максимально возможное число подобных белых карликов. Поиск будет осуществляться с использованием той же системы Zwicky Transient Facility.
Янус, вероятно, является наиболее заметным примером белого карлика с очень сильным магнитным полем. Специалисты полагают, что изучение подобных объектов позволит в дальнейшем глубже разобраться в процессах, определяющими развитие белых карликов.