Αστρονόμοι ανακάλυψαν έναν λευκό νάνο με δύο όψεις. Η μία πλευρά του αποτελείται από υδρογόνο, ενώ η άλλη από ήλιο.
«Η επιφάνεια του λευκού νάνου αλλάζει εντελώς, από τη μια πλευρά στην άλλη», λέει η Ilaria Caiazzo, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο “California Institute of Technology” (Caltech) και κύρια συγγραφέας της σχετικής μελέτης που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό “Nature”. «Όσοι βλέπουν τις παρατηρήσεις μας, εκπλήσσονται.»
Οι λευκοί νάνοι είναι καυτά απομεινάρια αστεριών που κάποτε ήταν σαν τον ήλιο μας. Καθώς τα αστέρια γερνούν, πρώτα διογκώνονται σε κόκκινους γίγαντες, και τελικά αποβάλλουν τα εξωτερικά τους στρώματα, αφήνοντας τους πυρήνες τους να συσταλλούν σε πυκνούς, καυτούς λευκούς νάνους. Ο ήλιος μας θα μετατραπεί σε λευκό νάνο σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ο νεοανακαλυφθείς λευκός νάνος, με το παρατσούκλι Janus (Ιανός) από τον διπρόσωπο ρωμαϊκό θεό των μεταβάσεων, αρχικά ανακαλύφθηκε από το “Zwicky Transient Facility” (ZTF), ένα όργανο που σαρώνει κάθε βράδυ τον ουρανό από το αστεροσκοπείο “Palomar Observatory” του Caltech, κοντά στο San Diego.
Η Caiazzo έψαχνε για ισχυρά μαγνητισμένους λευκούς νάνους, μέσω του ZTF. Ένα υποψήφιο αντικείμενο ξεχώρισε, λόγω των γρήγορων εναλλαγών στη φωτεινότητά του, και έτσι η Caiazzo αποφάσισε να το μελετήσει περαιτέρω· με το όργανο “CHIMERA” στο Palomar, καθώς και με το “HiPERCAM” στο “Gran Telescopio Canarias” στις Κανάριες Νήσους της Ισπανίας. Τα δεδομένα επιβεβαίωσαν ότι ο Janus εκτελεί μία περιστροφή γύρω από τον άξονά του κάθε 15 λεπτά.
Οι παρατηρήσεις που ακολούθησαν, στο αστεροσκοπείο “W. M. Keck Observatory” στην κορυφή toy Mauna Kea στη Χαβάη, αποκάλυψαν την “διπρόσωπη” φύση του λευκού νάνου. Η ομάδα, μέσω φασματογράφου ανέλυσε το φως στα μήκη κύματος που το απαρτίζουν, τα οποία αποτελούν χημικές υπογραφές για τα στοιχεία που είναι παρόντα. Τα δεδομένα έδειξαν παρουσία υδρογόνου (και μόνο) όταν είναι ορατή η μία πλευρά του αντικειμένου, και παρουσία ηλίου (και μόνο) όταν εμφανίζεται η άλλη.
Τι είναι αυτό που θα έκανε έναν λευκό νάνο να διαθέτει δύο τόσο διαφορετικά πρόσωπα; Οι ερευνητές παραδέχονται ότι δεν είναι σίγουροι, όμως έχουν καταλήξει σε κάποιες πιθανές ερμηνείες. Μία ιδέα είναι ότι μπορεί να είμαστε μάρτυρες μίας σπάνιας φάσης στην εξέλιξη των λευκών νάνων.
«Όχι όλοι, αλλά ορισμένοι λευκοί νάνοι μεταβαίνουν από την κατάσταση όπου κυριαρχείται η επιφάνειά τους από υδρογόνο, στην κατάσταση όπου κυριαρχεί το ήλιο», εξηγεί η Caiazzo. «Μπορεί να έχουμε πετύχει έναν τέτοιο λευκό νάνο κατά την διάρκεια της μετάβασης.»
Αφού σχηματιστούν οι λευκοί νάνοι, τα βαρύτερα στοιχεία βυθίζονται στον πυρήνα τους και τα ελαφρύτερα (το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο όλων) επιπλέουν στην κορυφή. Όμως με την πάροδο του χρόνου, καθώς οι λευκοί νάνοι ψύχονται, πιστεύεται ότι τα υλικά αναμειγνύονται μεταξύ τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το υδρογόνο αναμιγνύεται στο εσωτερικό και αραιώνεται, σε βαθμό που να επικρατεί το ήλιο. Ο Janus ενδεχομένως να περνά αυτή τη μεταβατική φάση, ένα πιεστικό ερώτημα όμως είναι: γιατί η μετάβαση να συμβαίνει με τόσο ασύνδετο τρόπο· με τη μία πλευρά να εξελίσσεται πριν από την άλλη;
Η απάντηση, σύμφωνα με την επιστημονική ομάδα, μπορεί να βρίσκεται στα μαγνητικά πεδία.
«Τα μαγνητικά πεδία γύρω από τα κοσμικά σώματα τείνουν να είναι ασύμμετρα, ή ισχυρότερα στη μία πλευρά», εξηγεί η Caiazzo. «Τα μαγνητικά πεδία είναι σε θέση να εμποδίσουν την ανάμειξη των υλικών. Έτσι, εάν το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρότερο στη μία πλευρά, τότε σε αυτήν θα υπάρχει λιγότερη ανάμειξη, και επομένως περισσότερο υδρογόνο.»
Μια άλλη θεωρία που προτείνει η ομάδα για να εξηγήσει τα δύο πρόσωπα, εξαρτάται επίσης από τα μαγνητικά πεδία. Σε αυτό το σενάριο, όμως, τα πεδία πιστεύεται ότι μεταβάλλουν την πίεση και την πυκνότητα των ατμοσφαιρικών αερίων.
«Τα μαγνητικά πεδία μπορεί να οδηγήσουν σε χαμηλότερες πιέσεις αερίων στην ατμόσφαιρα, και αυτό μπορεί να επιτρέψει τον σχηματισμό ενός “ωκεανού” υδρογόνου στις περιοχές όπου τα μαγνητικά πεδία είναι ισχυρότερα», λέει ο συν-συγγραφέας James Fuller, καθηγητής θεωρητικής αστροφυσικής στο Caltech. «Δεν γνωρίζουμε ποιά από αυτές τις θεωρίες είναι σωστή, δεν μπορούμε, όμως, να σκεφτούμε κάποιον τρόπο για να εξηγήσουμε τις ασύμμετρες πλευρές, ο οποίος να μην περιλαμβάνει μαγνητικά πεδία.»
Για την επίλυση του μυστηρίου, η ομάδα ελπίζει να βρει περισσότερους λευκούς νάνους παρόμοιους με τον Janus μέσω της χαρτογράφησης του ουρανού με το ZTF. «Το ZTF είναι ιδιαίτερα καλό στο να ανακαλύπτει περίεργα αντικείμενα», δηλώνει η Caiazzo. Μελλοντικές χαρτογραφήσεις, όπως αυτές που θα διενεργηθούν από το αστεροσκοπείο “Vera C. Rubin Observatory” στη Χιλή -προσθέτει η ίδια- θα καταστήσουν την εύρεση μεταβλητών λευκών νάνων ακόμα πιο εύκολη.
Παραπομπές: Ilaria Caiazzo, A rotating white dwarf shows different compositions on its opposite faces, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9. www.nature.com/articles/s41586-023-06171-9
Πηγή: California Institute of Technology https://www.caltech.edu/
