Magnetizmus je jedna z najextrémnejších vecí, aké poznáme, pričom magnetické polia sú také silné, že v ich blízkosti je chémia nemožná. Sú to neutrónové hviezdy so supratekutým vnútrom obsahujúcim nabité častice, takže je ľahké pochopiť, ako sa udržiava magnetické dynamo na podporu tohto magnetického poľa. Ale je trochu ťažšie úplne pochopiť, čo spúšťa dynamo.

Hlavnou myšlienkou, ktorá ťaží zo svojej jednoduchosti, je, že magnetar zdedí svoje magnetické pole od hviezdy, ktorá explodovala v supernove a vytvorila ho. Pôvodné magnetické pole, ak by sa stlačilo tak, aby zodpovedalo malej veľkosti výslednej neutrónovej hviezdy, by poskytlo obrovskú podporu naštartovaniu magnetaru. S touto myšlienkou je len jeden problém: nepozorovali sme žiadne z vysoko magnetizovaných prekurzorových hviezd, ktoré táto hypotéza vyžaduje.

Ukázalo sa, že jeden sledujeme roky. Vyzeralo to ako niečo úplne iné a na pochopenie toho, čo sme pozorovali, bola potrebná starostlivejšia analýza, dnes publikovaná v Science.

Nie ako sa zdá

HD 45166 sa v niektorých rovinách javí ako relatívne jednoduchý dvojhviezdny systém pozostávajúci z normálnej horúcej hviezdy Hviezda Wolf Rite Na ko-obežnej dráhe v krátkej vzdialenosti, pričom svetlo vykazuje periodicitu 1,6 dňa, pravdepodobne kvôli obežnej dráhe.

Ale aj na tejto úrovni chápania sa niektoré veci zdali zvláštne na Wolf-Rayetovej časti systému. Tieto hviezdy sú zvyčajne horúce, masívne, bohaté na hélium a väčšinu svojho vodíka vypudili prudkými explóziami. Ale hmotnosť v HD 45166 je štyrikrát väčšia ako Slnko – polovica hmotnosti najmenšieho príkladu, ktorý sme videli inde. Má tiež veľa uhlíka, kyslíka a dusíka, čo je zriedkavé, a jeho spektrálne čiary majú niektoré nezvyčajné vlastnosti.

Zdá sa, že aj os rotácie hviezdy je nasmerovaná v smere jej obežnej dráhy, čo je tiež trochu ťažké zarovnať. Preto bolo veľa vecí, ktoré bolo ťažké vysvetliť o systéme ešte pred novými pozorovaniami. V niektorých ohľadoch aktualizované údaje uľahčujú pochopenie systému; V iných prípadoch sa to zhoršuje.

Kľúčovým zistením bolo, že spektrum svetla z hviezdy naznačovalo, že 1,6-dňová periodicita je pravdepodobne z pravidelnej fyzickej pulzácie pravidelnej hviezdy v systéme HD 45166. Toto zistenie podnietilo výskumníkov, aby preskúmali ďalšie periodické zmeny svetla z HD 45166. Najpravdepodobnejší orbitálny signál naznačuje, že obežná dráha trvá približne 8 200 dní – dosť drastický rozdiel oproti 1,6 dňa. Dáva hviezdy ďalej od seba a znamená, že ani jedna sa pravdepodobne nebude otáčať v smere svojej osi rotácie.

Väčšia kapitola zase vyzýva na preskúmanie hmotností, ktoré boli odhadnuté na základe ich orbitálnych interakcií. Nový odhad znižuje hmotnosť Wolfovej-Rayetovej hviezdy na polovicu, čím sa stáva iba dvojnásobkom hmotnosti Slnka.

magnetizmus a iné zvláštnosti

Spektrálne informácie, ktoré nás podnietili preskúmať tvar hviezdy, tiež poskytli informácie o jej magnetickom poli. Magnetické polia ovplyvňujú polarizáciu svetla a vedci túto polarizáciu získali pomocou svetla vyžarovaného množstvom iónov zachytených v magnetickom poli Wolf-Rayetovej hviezdy. Tieto údaje sa použili na poskytnutie odhadu sily tohto magnetického poľa, ktoré sa ukázalo byť v oblasti 40 000 gaussov. Pre porovnanie, magnetické pole Zeme je menšie ako Gauss.

Aj keď je hviezda relatívne ľahká s dvojnásobnou hmotnosťou ako Slnko, stále je dostatočne veľká na to, aby skončila v supernove, ktorá za sebou zanechá neutrónovú hviezdu. Polomer tejto neutrónovej hviezdy by mal byť do dvanástich kilometrov. Ak by ste udržali magnetické pole 40 000 gaussov na povrchu hviezdy, ale stlačili by ste ho na povrch s novým polomerom 12 kilometrov, skončili by ste s magnetickým poľom o sile okolo 10¹⁴ Gauss, čo znamená, že máte magnetar.

Wolf-Rayetova hviezda je teda magnetickým úvodom a je to prvá, ktorú sme kedy videli.

Ale tiež sa nelíši od žiadnej inej hviezdy Wolf-Rayet, ktorú sme predtým videli, takže výskumný tím sa ponoril do jej histórie prostredníctvom simulácií. Tie naznačujú, že normálna spoločná hviezda je jednoducho príliš ďaleko na to, aby mala veľký vplyv na vývoj systému. Namiesto toho HD 45166 pravdepodobne začal ako trojhviezdičkový systém, kde Wolf-Rayetova hviezda boli pôvodne dve hviezdy obiehajúce okolo seba v krátkej vzdialenosti. Ich interakcie vedú k obdobiu, keď ich dve jadrá bohaté na hélium zdieľajú jeden obal bohatý na vodík.

Tieto dve jadrá sa špirálovito zatočili dovnútra a spojili sa, pričom sa uvoľnil vodík. Zostala mladá hviezda bohatá na hélium s intenzívnym magnetickým poľom. Toto magnetické pole zachytilo časť materiálu, ktorý by inak bol vyhodený, a vytvorilo spektrálne čiary, ktoré pomohli výskumníkom zistiť, čo sa deje.

Ide o veľmi odlišný súbor okolností, ktoré môžu naznačovať, že tieto prekurzory sú zriedkavé. Odhaduje sa však, že až 10 percent neutrónových hviezd prechádza magnetarovou fázou, čo znamená, že sú pomerne bežné. Ako si vysvetlíme tento rozpor?

Výskumníci naznačujú, že sme už mohli pozorovať niektoré podobné hviezdy. Jediný dôvod, prečo sme boli schopní odhaliť tento systém, je spoločná hviezda, ktorá nie je nezvyčajná pre hviezdy Wolf-Rayet. Je teda možné, že sme už podobné hviezdy pozorovali, no nedokázali sme ich identifikovať.

Veda, 2023. DOI: 10.1126/sciences.ade3293 (o DOI).