Компьютерное моделирование показало, что белые карлики с сильными внутренними магнитными полями могут быть значительно тяжелее считавшегося предельным значения в 1,4 массы Солнца. В одном из расчётов такой объект достиг 2,4 массы Солнца, что может помочь объяснить необычно яркие вспышки сверхновых типа Ia.
Как магнитное поле меняет предел
Белые карлики — плотные остатки звёзд, исчерпавших ядерное топливо и сбросивших внешние оболочки. По размеру они сопоставимы с Землёй, но могут содержать массу, близкую к солнечной или даже превышающую её.
Для белых карликов без сильного магнитного поля и быстрого вращения давно известен предел Чандрасекара — примерно 1,4 массы Солнца. Когда углеродно-кислородный белый карлик приближается к этой границе, рост давления и плотности в его ядре может запустить горение углерода и привести к термоядерному взрыву — сверхновой типа Ia.
Исследователи из Индийского научного института и их коллеги предположили, что этот предел может не действовать для сильно намагниченных объектов. При накоплении вещества белый карлик сжимается под действием собственной гравитации. Сжатие усиливает магнитное поле внутри звезды, а оно создаёт дополнительную поддержку, помогающую противостоять гравитации.
Модель эволюции звезды
Учёные хотели проверить не только возможность существования сверхтяжёлого белого карлика, но и то, способен ли он естественным образом сформироваться. Для этого они доработали компьютерную программу STARS, первоначально разработанную в Кембриджском университете, добавив в неё учёт магнитных полей и охлаждения белых карликов.
Моделирование проследило путь звезды от главной последовательности до финальной стадии. Затем исследователи рассмотрели двойную систему, где белый карлик постепенно перетягивает вещество у звезды-компаньона. В одном из сценариев исходный белый карлик имел массу 1,02 массы Солнца, а его звезда-предшественник — восемь солнечных масс. Вещество поступало со скоростью около одной миллиардной массы Солнца в год.
С учётом магнитных эффектов белый карлик смог вырасти примерно до 2,4 массы Солнца. В сопоставимой модели без магнитной поддержки он достигал только традиционного предела — около 1,4 массы Солнца. Расчёты также показывают, что магнитное давление может объяснить необычно большие радиусы некоторых белых карликов с относительно небольшой массой.
Возможные последствия для сверхновых
Сверхновые типа Ia используются как «стандартные свечи»: по их наблюдаемой яркости астрономы оценивают расстояния до далёких объектов и изучают историю и расширение Вселенной. Обычно предполагается, что физические свойства таких взрывов связаны с близкой к пределу Чандрасекара массой белого карлика.
Если перед взрывом некоторые белые карлики достигают существенно большей массы, а их внутренние магнитные поля различаются, это может влиять на энергию и яркость сверхновых. Такой механизм способен помочь объяснить особенно яркие вспышки типа Ia и уточнить интерпретацию космологических измерений.
Результат пока основан на компьютерных симуляциях, а не на прямых наблюдениях белых карликов, набирающих экстремальную массу. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
