Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε έναν σπάνιο λευκό νάνο με  πολύ μεγάλη μάζα, ο οποίος δεν σχηματίστηκε στο τελευταίο στάδιο της εξέλιξης ενός μεμονωμένου άστρου, όπως συμβαίνει τις περισσότερες φορές, αλλά μέσα από την συγχώνευση δύο άλλων άστρων ή αστρικών λειψάνων. Η ανακάλυψη, που υλοποιήθηκε με την βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, καταδεικνύει ότι αυτού του είδους οι λευκοί νάνοι μπορεί να είναι πιο συνηθισμένοι απ’ όσο θεωρούσαν οι επιστήμονες μέχρι πρόσφατα.

Οι λευκοί νάνοι αποτελούν το τελικό στάδιο της εξέλιξης των άστρων που έχουν παραπλήσια μάζα με τον Ήλιο. Τα άστρα αυτά διογκώνονται αρχικά σε κόκκινους γίγαντες και στην συνέχεια εκτινάσσουν τις εξωτερικές τους στοιβάδες στο Διάστημα, αποκαλύπτοντας τον υπέρθερμο πυρήνα τους: ένα αστρικό λείψανο μεγάλης πυκνότητας, στο εσωτερικό του οποίου οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης έχουν σβήσει για πάντα. 

Θεωρητικά, η μέγιστη επιτρεπτή μάζα ενός λευκού νάνου δεν μπορεί να υπερβεί τις περίπου 1,4 ηλιακές μάζες (το επονομαζόμενο όριο Chandrasekhar). Οι περισσότεροι, ωστόσο, λευκοί νάνοι που έχουν ανακαλυφθεί έως τώρα εμπεριέχουν περίπου την μισή μάζα από αυτήν του Ήλιου, συμπιεσμένη σε μια σφαίρα με διάμετρο που δεν υπερβαίνει αυτήν του πλανήτη μας. Οι λευκοί νάνοι με μάζα μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου είναι πολύ πιο σπάνιοι. Αυτά τα αστρικά λείψανα, που οι αστρονόμοι αποκαλούν λευκούς νάνους ακραία μεγάλης μάζας (ultra-massive white dwarfs) μπορούν να σχηματιστούν είτε μέσω της εξέλιξης ενός μεμονωμένου άστρου, είτε σε δυαδικά αστρικά συστήματα μέσω της συγχώνευσης ενός λευκού νάνου με ένα άλλο άστρο ή λευκό νάνο.

Πριν από λίγα χρόνια, οι αστρονόμοι είχαν ταυτοποιήσει 6 λευκούς νάνους, που σχηματίστηκαν μέσα από τον φυσικό μηχανισμό της αστρικής συγχώνευσης, μια ανακάλυψη που βασίστηκε στην ανάλυση του ορατού τους φάσματος. Η νέα έρευνα, ωστόσο, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Astronomy, σηματοδοτεί την πρώτη φορά που ταυτοποιείται ένας λευκός νάνος τόσο μεγάλης μάζας από το υπεριώδες του φάσμα.

Ο λευκός νάνος της σχετικής μελέτης, με την κωδική ονομασία WD 0525+526, βρίσκεται μόλις 128 έτη φωτός μακριά και έχει μάζα 20% μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου. Στο ορατό φως, το φάσμα της ατμόσφαιράς του έμοιαζε με αυτό ενός τυπικού λευκού νάνου. Η ανάλυση, ωστόσο, του φάσματός του στο υπεριώδες αποκάλυψε κάτι ασυνήθιστο: την ύπαρξη άνθρακα στην ατμόσφαιρά του.

Συνήθως, οι λευκοί νάνοι που αποτελούν το τελικό στάδιο της εξέλιξης ενός μεμονωμένου άστρου περιβάλλονται από μια ατμόσφαιρα υδρογόνου και ηλίου. Ο πυρήνας τους, από την άλλη, αποτελείται κυρίως από άνθρακα και οξυγόνο ή οξυγόνο και νέον, αλλά τις περισσότερες φορές η πυκνή τους ατμόσφαιρα δεν επιτρέπει στα στοιχεία αυτά να την «επιμολύνουν» και να ανιχνευθούν έτσι στο φάσμα τους.

Σύμφωνα με τους συγγράφεις της σχετικής μελέτης, η παρουσία άνθρακα στο φάσμα ενός λευκού νάνου μπορεί να σηματοδοτεί μια πιο βίαιη προέλευση: τη σύγκρουση δύο λευκών νάνων ή ενός λευκού νάνου και ενός άλλου άστρου. Σ’ αυτή την περίπτωση, δηλαδή, τα συγκρουόμενα άστρα χάνουν το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιράς τους και έτσι ο λευκός νάνος μεγάλης μάζας που σχηματίζεται από την συγχώνευσή τους περιβάλλεται πλέον από μία πολύ πιο ισχνή στιβάδα αερίων. Το γεγονός αυτό επιτρέπει στον άνθρακα από το εσωτερικό του να αναδυθεί προς την επιφάνειά του και να την «επιμολύνει», προτού τελικά ανιχνευθεί.

Πραγματικά, σύμφωνα με την σχετική ανάλυση, οι στιβάδες υδρογόνου και ηλίου του WD 0525+526 είναι δισεκατομμύρια φορές λεπτότερες σε σχέση με εκείνες που περιβάλουν έναν «τυπικό» λευκό νάνο, και αυτό ακριβώς είναι που επιτρέπει στον άνθρακα να εμφανιστεί στην επιφάνειά του. Το ενδιαφέρον εδώ είναι ότι η περιεκτικότητα της επιφάνειάς του σε άνθρακα είναι περίπου 100.000 φορές μικρότερη σε σχέση με άλλους λευκούς νάνους της ίδιας προέλευσης.

Τα χαμηλά επίπεδα άνθρακα, σε συνδυασμό με την υψηλή του θερμοκρασία, καταδεικνύουν ότι ο WD 0525+526 βρίσκεται σε πολύ πιο πρώιμο στάδιο της εξέλιξής του μετά τη συγχώνευση. Καθώς, όμως, η επιφανειακή του θερμοκρασία θα μειώνεται όλο και πιο πολύ με το πέρασμα του χρόνου, η επιφάνειά του θα «εμπλουτίζεται» με όλο και περισσότερο άνθρακα.

Επειδή η προέλευση του WD 0525+526 αποκαλύφθηκε μόνο όταν οι αστρονόμοι ανέλυσαν το υπεριώδες φάσμα του, δεν αποκλείεται να υπάρχουν αρκετοί ακόμα φαινομενικά «τυπικοί» λευκοί νάνοι που είναι στην πραγματικότητα αποτέλεσμα αστρικών συγκρούσεων και συγχωνεύσεων. Αυτή η συναρπαστική πιθανότητα θα διερευνηθεί στο μέλλον.

Πηγή: NASA's Hubble Uncovers Rare White Dwarf Merger Remnant - NASA Science

Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση της συγχώνευσης ενός λευκού νάνου με ένα άστρο (τα σχετικά τους μεγέθη δεν είναι υπό κλίμακα, Credit: Snehalata Sahu/University of Warwick).

 

π