En konstnärs intryck av två vita dvärgar i sammanslagningsprocessen.
(Bild: © University of Warwick / Mark Garlick)
En jätte vit dvärg stjärnan kan vara avkomman till en kollision mellan två andra vita dvärgar, konstaterar en ny studie.
Den nya upptäckten antyder att andra ultramassiva vita dvärgar med liknande ursprung kunde existera; detta kan hjälpa till att belysa hur massiv en vit dvärg måste vara för att explodera i en supern, sa forskarna bakom den nya forskningen.
Vita dvärgar är de svaga, blekna, jordstorlekarna med döda stjärnor som lämnas kvar efter att medelstora stjärnor har uttömt sitt bränsle och kasta sina yttre lager. Vår sol kommer en dag att bli en vit dvärg, liksom mer än 90% av stjärnorna i vår galax.
Forskare studerade en vit dvärg känd som WDJ0551 + 4135, som ligger cirka 150 ljusår från jorden. Nya resultat från Europeiska rymdorganisationen Gaia-teleskop föreslog att detta objekt kan vara en ovanligt massiv vit dvärg. För att lära sig mer om denna ovanliga döda stjärna analyserade forskarna den med data från William Herschel-teleskopet på Kanarieöarna.
Genom att undersöka spektrumet av färger i ljus som släpptes ut av den vita dvärgen kunde astronomerna identifiera kemikalierna i stjärnan. Oväntat hittade forskarna en hög kolnivå i objektets atmosfär, som forskare aldrig sett tidigare i vita dvärgar.
"En vit dvärg har en inre struktur som liknar en lök, i att den är i lager," berättade studieförfattaren Mark Hollands, en astrofysiker vid University of Warwick i England, berättade Space.com. "I den vita dvärgens kärna är det mesta av sin massa gjord av kol och syre, och då har du vanligtvis ett heliumskikt ovanpå och sedan ett vätelager. Så när du pekar ett teleskop mot ett vitt dvärg, du ser bara de yttre lagren. "
Den strukturen innebär att forskare studerar vita dvärgar ser vanligtvis bara väte eller bara helium, eller kanske en blandning av helium och kol. Men det är inte vad Hollands och hans kollegor såg på den här vita dvärgen.
"Du förväntar dig aldrig att se väte och kol blandas i en vit dvärg - det bör finnas ett lager helium som håller dem separerade," sade Hollands. "Det var verkligen konstigt och mycket överraskande och väckte den stora frågan om hur det kan ha hänt."
Hollands och hans kollegor sade att de har en lösning på detta pussel: Den konstiga strukturen har sitt ursprung när två andra vita dvärgar krossade ihop och deras innervärden blandades, skrev forskarna. Men den nya massiva vita dvärgen var inte tillräckligt stor för att utlösa en supernova, vilket lämnade den konstigt stora stjärnan intakt.
För forskarna var en viktig ledtråd till detta mysterium denna vita dvärg. De flesta vita dvärgar är ungefär 0,6 gånger solens massa, men WDJ0551 + 4135 är nästan två gånger den genomsnittliga massan av vita dvärgar, vid 1,14 solmassor, alla sammanpressade till ett utrymme bara två tredjedelar av jordens diameter.
En annan ledtråd är den vita dvärgens uppenbara ålder. Äldre vita dvärgar är vanligtvis svalare och kretsar kring centrum av Vintergatan snabbare än sina yngre motsvarigheter, eftersom de har tappat mer värme över tid och upplevt mer gravitationella interaktioner med andra stjärnor som påskyndar dem. Men WDJ0551 + 4135 rör sig snabbare än 99% av andra vita dvärgar i närheten som har ungefär samma temperatur, vilket antyder att en av dessa två åldersmätningar var sned.
Forskarna visste att WDJ0551 + 4135 hade en konstig sammansättning, en massa dubbelt så stor som den genomsnittliga vita dvärgen och en ålder som verkade relativt ung om man tittade på stjärnans hetta men relativt gammal om man tittade på dess rörelser. Astronomerna insåg att en händelse kunde förklara alla dessa mysterier: WDJ0551 + 4135 bildades när två vita dvärgar kolliderade, värmde den resulterande vita dvärgen och startade om sin kylningsprocess.
"Även om det finns många bevis på att sådana sammanslagningar inträffar, inklusive exempel i avlägsna galaxer, är det ganska svårt att plocka ut en vit dvärg och säga att den här är från en sammanslagning," sade Hollands. "Detta är bara ett av en handfull fall där det har varit möjligt att göra det och det enda som identifierats genom dess sammansättning."
Forskarna sa att sammanslagningen inträffade för cirka 1,3 miljarder år sedan. Men den händelsen återställde WDJ0551 + 4135: s kylningsålder, vilket gör det svårt att bestämma åldrarna för de två ursprungliga vita dvärgarna, som kunde ha varit många miljarder år gamla.
Det är få vita dvärgar lika massiva som WDJ0551 + 4135, men det finns fler sådana massiva vita dvärgar än nuvarande modeller av bildning av vit dvärg kan förutsäga, sade Hollands, vilket tyder på att en del av dessa kan ha bildats via sammanslagningar. Forskarna sa att de är särskilt glada över den inblick som denna vita dvärg och andra gillar den kan ge på gränsen mellan massiv vit dvärg och supernova.
Astronomerna kunde också lära sig mer om innerdelen i WDJ0551 + 4135 genom att undersöka de subtila pulsationerna i ljusstyrka orsakade av vågor som reser genom stjärnans inre, sa Hollands. Om forskare kan upptäcka flera vågor med olika frekvenser som reser genom denna vita dvärg, kan de lära sig mer om stjärnans inre struktur. "Det kan ge oberoende insikter om huruvida denna stjärna bildades genom en sammanslagning," sade Hollands.
Forskarna detaljerade deras resultat online måndag (2 mars) i tidskriften Nature Astronomy.
- Känn dina novor: Star explosioner förklarade (infographic)
- Galleri: Döda stjärnor konsumerar steniga främmande planeter
- Svarta dvärgstjärnor: Det (teoretiska) slutet på den stellar evolutionen
