Звёзды теряют свет, но не покой: белые карлики начали вести себя как живые

Астрономы обнаружили двойные белые карлики с аномально высокой температурой — Science Daily

Когда звезда исчерпывает своё топливо, она перестаёт сиять, оставляя после себя крошечное, но невероятно плотное тело — белый карлик. Со временем даже такие объекты остывают и теряют светимость, превращаясь в тихих свидетелей звёздной эволюции. Однако некоторые из них ведут себя неожиданно, нарушая привычные законы астрофизики. Об этом сообщает Science Daily.

Необычные свойства белых карликов

Белые карлики — это конечная стадия жизни звёзд средней массы, включая наше Солнце. Они не производят энергию, а лишь сохраняют тепло, накопленное в предыдущие миллиарды лет. Несмотря на их кажущуюся стабильность, эти объекты демонстрируют поразительную особенность: чем больше их масса, тем меньше их радиус. Это объясняется вырожденным состоянием вещества, при котором давление создаётся не за счёт тепла, а за счёт квантовых эффектов электронов.

Особенно интересны белые карлики, существующие в двойных системах. Там две звезды вращаются вокруг общего центра масс, часто оказываясь на очень близких орбитах. Большинство таких пар состарилось и остыло до 4000 K, но астрономы обнаружили исключения — системы, где период обращения составляет менее часа, а температура достигает 10 000-30 000 K. Эти данные поставили учёных в тупик, ведь стандартные модели предсказывали иные параметры.

Приливные силы и "разогрев" звёзд

Исследовательская группа под руководством Люси Оливии Макнил из Киотского университета решила выяснить, может ли причина заключаться в приливном нагреве — эффекте, возникающем при взаимном гравитационном воздействии тел на близких орбитах.

"Приливное нагревание помогло объяснить температуру горячих юпитеров, поэтому мы решили проверить, применим ли этот механизм к белым карликам", — отмечает Макнил.

Учёные создали теоретическую модель, чтобы рассчитать, насколько сильно приливные силы способны влиять на тепловое состояние белых карликов. Она позволила проследить, как изменяются температура и орбитальные параметры таких систем с течением времени.

Результаты показали, что даже небольшое гравитационное воздействие партнёра способно вызвать значительное повышение температуры. Более массивный белый карлик передаёт энергию менее массивному, нагревая его внутренние слои. Это приводит к расширению и росту яркости, что объясняет, почему некоторые объекты кажутся "моложе", чем есть на самом деле.

Эволюция орбит и взаимодействие звёзд

Приливное нагревание не только влияет на температуру, но и изменяет эволюцию орбит. По мере нагрева звезда немного увеличивается в размерах, а значит, орбитальный период постепенно сокращается. Когда граница Роша (воображаемая линия, отделяющая гравитационные влияния звёзд) нарушается, начинается обмен веществом между объектами.

"Мы ожидали повышения температуры, но не думали, что орбиты сократятся настолько сильно, особенно у старых белых карликов", — добавляет Макнил.

Моделирование показало: если учесть приливные эффекты, момент начала обмена веществом наступает при орбитах, которые в три раза длиннее, чем предсказывалось ранее. Таким образом, эволюция двойных белых карликов может происходить значительно медленнее, чем считалось.

Значение открытия

Такие системы крайне важны для понимания происхождения сверхновых типа Ia — мощных взрывов, по которым астрономы измеряют расстояния во Вселенной. Когда два белых карлика сливаются, их масса может превысить критический предел, что приводит к колоссальному выбросу энергии.

Открытие роли приливного нагрева помогает уточнить сценарии таких событий и повысить точность космологических моделей. Кроме того, учёные планируют использовать новую модель для анализа систем, состоящих из углеродно-кислородных белых карликов, чтобы проверить, насколько реалистичны теории двойного вырождения.

Сравнение: обычные и короткопериодические белые карлики

Белые карлики различаются не только по массе, но и по орбитальному поведению. В классических системах звёзды вращаются с периодами в несколько часов или даже суток. Они уже прошли этап активного взаимодействия и медленно остывают.

Короткопериодические пары, напротив, демонстрируют динамичные процессы: температура выше, размеры больше, а обмен энергией активен. В них приливные силы не просто побочный эффект — они становятся ключевым фактором, влияющим на дальнейшую судьбу системы.

Таким образом, различие между двумя типами заключается не в возрасте, а в степени взаимодействия: обычные белые карлики — это "тихие старики" космоса, тогда как короткопериодические — "молодые горячие танцоры", поддерживающие свою активность за счёт партнёра по орбите.

Плюсы и минусы приливного нагрева

Механизм приливного нагрева имеет как положительные, так и отрицательные стороны для эволюции звёзд. С одной стороны, он объясняет наблюдаемые аномалии в температуре и размере, а также позволяет лучше понять процессы, ведущие к взрыву сверхновых.

К плюсам можно отнести:

возможность уточнения моделей звездной эволюции;
объяснение различий между наблюдаемыми и теоретическими температурами;
прогнозирование поведения систем перед слиянием.

С другой стороны, у эффекта есть и минусы:

сложность точного моделирования из-за множества переменных;
риск переоценки влияния приливных взаимодействий;
ограниченные наблюдательные данные, особенно для самых коротких периодов.

Советы по наблюдению за белыми карликами

Используйте спектроскопию для определения температуры и химического состава поверхности.
Проводите фотометрические измерения, чтобы отследить изменения яркости и выявить орбитальные колебания.
Сравнивайте данные с теоретическими моделями, чтобы определить, присутствует ли приливное нагревание.
При возможности используйте данные гравитационно-волновых детекторов — такие системы могут стать одними из первых источников сигнала для миссии LISA.

Эти шаги помогут не только уточнить параметры конкретных систем, но и углубить понимание механизмов взаимодействия звёзд.