Câmpurile magnetice puternice ar putea permite piticelor albe să depășească limita Chandrasekhar
O stea aflată la finalul vieții își pierde învelișul exterior, iar nucleul rămas devine o pitică albă — un rest stelar extrem de dens, cu dimensiuni apropiate de cele ale Pământului. Pentru o pitică albă care nu se rotește rapid și nu posedă un câmp magnetic puternic, există o limită superioară de masă bine cunoscută, de aproximativ 1,4 mase solare, numită limita Chandrasekhar.
Pe măsură ce o pitică albă de carbon-oxigen se apropie de această limită, nucleul său poate deveni suficient de dens pentru a aprinde carbonul, declanșând potențial o explozie termonucleară cunoscută sub numele de supernovă de tip Ia. Dacă limita Chandrasekhar ar fi fixă, rata de eliberare a energiei și luminozitatea acestor supernove ar trebui să fie, de asemenea, fixe. Oamenii de știință au folosit această constanță a luminozității pentru a înțelege evoluția și dimensiunea universului, despre care se consideră în prezent că se află în expansiune.
Simulări care ridică plafonul de masă
Simulări realizate de cercetători din Departamentul de Fizică al Institutului Indian de Știință (IISc) și colaboratori arată că câmpurile magnetice interne puternice ar putea permite unor pitice albe să crească la mase substanțial mai mari decât permite limita Chandrasekhar. Într-una dintre simulările lor, cercetătorii au descoperit că o pitică albă magnetizată de carbon-oxigen poate ajunge la aproximativ 2,4 mase solare — cu mult peste limită.
„Ideea a început în 2011, când un student de vară a venit la mine și i-am dat o problemă destul de casual: să verific dacă limita Chandrasekhar poate fi încălcată de un câmp magnetic”, explică Banibrata Mukhopadhyay, profesor în Departamentul de Fizică și autor corespondent al studiului publicat în The Astrophysical Journal Letters.
Teoreticienii au prezis posibilitatea unor astfel de pitice albe „super-Chandrasekhar” de zeci de ani. Observațiile unor supernove de tip Ia neobișnuit de luminoase au adăugat sprijin acestei idei, sugerând posibilitatea unor pitice albe progenitoare cu mase — și o limită de masă — de până la 2,8 mase solare.
„Întrebarea importantă nu era pur și simplu dacă o pitică albă super-Chandrasekhar este posibilă, ci dacă o stea poate evolua efectiv într-una”, spune Zenia Zuraiq, prima autoare a studiului și doctorandă în Departamentul de Fizică. „Simulările noastre ne-au permis să urmărim această cale evolutivă de la steaua de pe secvența principală până la pitica albă și să arătăm că, în anumite condiții, o astfel de cale este posibilă.”
Urmărirea creșterii și a susținerii magnetice
Pentru a urmări această evoluție, echipa a modificat STARS, un cod computerizat dezvoltat la Universitatea din Cambridge pentru a modela modul în care evoluează stelele. Ei au încorporat efectele câmpului magnetic și răcirea piticelor albe, ceea ce le-a permis să urmărească stele magnetizate de la secvența principală — lunga fază în care stelele generează energie prin fuziunea hidrogenului — prin evoluția lor ulterioară în pitice albe. Apoi, au modelat un sistem binar în care pitica albă câștigă materie suplimentară de la o stea companionă.
Simulările au arătat că un câmp magnetic inițial prea slab poate deveni tot mai important pe măsură ce pitica albă câștigă masă. Pe măsură ce materia se acumulează, pitica albă devine mai densă și se contractă, întărindu-și câmpul magnetic. Câmpul mai puternic oferă presiune suplimentară în interiorul stelei, ajutând-o să reziste propriei gravitații imense și susținând mai multă masă. Aceasta schimbă relația obișnuită dintre masa și dimensiunea piticii albe, introducând noi limitări de masă, în funcție de fizica exactă a câmpurilor magnetice.
Într-un model, o pitică albă de carbon-oxigen cu masa de 1,02 mase solare, formată dintr-o stea de secvență principală de 8 mase solare, a câștigat materie la o rată de 10⁻⁹ mase solare pe an. Modelul magnetizat a atins o limită de masă de aproximativ 2,4 mase solare, în timp ce modelul corespunzător nemagnetizat a atins doar aproximativ 1,4 mase solare.
Implicații pentru dimensiunile stelare și distanțele cosmice
Simulările oferă, de asemenea, o posibilă explicație pentru motivul pentru care unele pitice albe bine observate au raze mai mari decât se aștepta pe baza masei lor mici: același efect al câmpului magnetic. Descoperirile ar putea avea și alte implicații pentru supernovele de tip Ia, care sunt folosite ca lumânări standardizabile pentru măsurarea distanțelor cosmice. Dacă unele dintre aceste explozii provin din progenitori cu mase și proprietăți magnetice substanțial diferite, înțelegerea acestei diversități ar putea fi importantă la interpretarea luminozității lor și la folosirea lor pentru studierea expansiunii universului.
