Белые карлики могут быть много массивнее теоретического предела

В 1935 году индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар показал, что звезда массой выше 1,44 солнечной и более в конце своего жизненного цикла не способна оставаться белым карликом и взрывается, как сверхновая. Так возник предел Чандрасекара.

Этот предел очень важен для астрономии: поскольку сверхновые типа Ia, взрывающиеся по такому сценарию, не могут быть тяжелее 1,44 солнечных масс, то их яркость близка друг к другу — в отличие от расстояния до таких сверхновых. Анализируя разницу в наблюдаемой на Земле светимости, можно сделать вывод о том, насколько та или иная сверхновая удалена от нас. Иными словами, предел Чандрасекара делает из сверхновых реперы Вселенной.

Вот так взрывы сверхновой типа Ia могут стать для астрономии из просто стандартной свечи «стандартной» свечой переменной яркости. (Здесь и ниже иллюстрации NASA, CXC / M Weiss.)

То есть делал. Ничто не вечно под Луной: уже несколько раз было замечено, что некоторые достоверно близкие сверхновые имеют ненормально высокую яркость. По всем расчётам выходило, что для получения такой яркости от термоядерного взрыва предшествующие им белые карлики должны иметь массу выше 1,4 солнечной, и намного.

И лишь теперь Упасана Дас (Upasana Das) и Банибрата Мукхопдахи (Banibrata Mukhopadhyay) из Индийского научного института в Бангалоре предложили объяснение этим странным явлениям. Белые карлики с массой до 2,58 солнечных могут существовать вопреки пределу, не взрываясь, но только в сильнейших магнитных полях, благодаря процессу, обусловленному квантованием Ландау. Последнее серьёзно повышает сопротивление газа белого карлика к сжатию его, по мере роста массы, гравитационными силами. В итоге белый карлик не взрывается и продолжает притягивать к себе окружающее вещество, накапливая его вплоть до момента, когда он достигнет массы, намного большей, чем теоретически позволяет предел Чандрасекара. Когда же такой особо тяжёлый белый карлик (+79% к стандарту предела) всё же взрывается, яркость порождённой им сверхновой, естественно, значительно превышает обычное значение, что и наблюдали астрономы.

В расчётах индийцев есть маленькая неясность: откуда берётся столь мощное магнитное поле? Примерно у 25% белых карликов, отвечают на это учёные, замечены магнитные поля мощностью в 1 000–10 000 Тл (сильнее магнитного поля Земли в 20–200 млн раз; обычная лягушка начинает левитировать уже при 16 Тл). Разумеется, такого магнитного поля всё ещё недостаточно для предотвращения схлопывания белого карлика с последующим взрывом. Но в начале такого схлопывания магнитное поле карлика никуда не девается. А вот радиус его должен падать драматически быстро, на порядки наращивая силу магнитного поля. Тут-то и может возникнуть та интенсивность, которая препятствует дальнейшему коллапсу карлика вплоть до накопления им куда большей массы.

Когда белый карлик накапливает массу, воруя вещество у соседней звезды, он взрывается. Поделом!

Банибрата Мукхопдахи считает, что сейчас группа должна сосредоточиться на поисках ещё более мощных по магнитным полям белых карликов, чтобы заметить рост их поля в начале коллапса. «Вы стартуете с наблюдений белого карлика с миллиардом Гс, — поясняет он. — Затем карлик должен миновать промежуточную фазу с магнитным полем в сто миллиардов Гс — и этого мы пока ещё не видели». Увы, предупреждает учёный, падающая на белый карлик материя может запросто скрыть магнитное поле такого объекта и сделать его астрономическое обнаружение нереальным.

Интересно, что если вычисления индийцев верны, то многие сверхновые, использовавшиеся астрономами для определения расстояний до удалённых объектов (включая галактики), на деле имели не стандартную мощность в 10⁵¹ эрг, а значительно бóльшую. В итоге их яркость была выше, а расстояние до них и связанных с ними объектов переоценено астрономами. А это теоретически может угрожать хронологии Вселенной, основанной на определении расстояний до далёких галактик. Именно на наблюдениях вспышек сверхновых типа Ia базируется открытие ускоряющегося расширения Вселенной, перевернувшее космологию в 90-х и удостоенное Нобелевской премии в 2011 году.

И всё же пересмотра даты Большого взрыва ждать, наверное, не стоит: красное смещение не должно было пасть жертвой сверхъярких сверхновых, а именно оно играет ключевую роль в обнаружении самых далёких галактик из ранней Вселенной.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.