특이한 백색왜성은 한쪽은 수소, 다른 쪽은 헬륨으로 구성

천문학자들은 죽은 별의 타버린 핵인 백색 왜성에서 처음으로 이 우주 가족 중 적어도 한 구성원이 두 얼굴을 하고 있음을 발견했습니다. 백색 왜성의 한쪽은 수소로 구성되어 있고 다른 쪽은 헬륨으로 구성되어 있습니다.

“백색 왜성의 표면은 한쪽에서 다른쪽으로 완전히 변합니다. 자연. “내가 관찰한 내용을 사람들에게 보여주면 그들은 깜짝 놀라게 됩니다.”

백색 왜성은 한때 우리 태양과 같았던 별의 뜨거운 잔해입니다. 별이 늙어감에 따라 그들은 적색 거성으로 부풀어 오른다. 결국 외부의 푹신한 물질이 날아가고 핵이 수축하여 조밀하고 불처럼 뜨거운 백색 왜성으로 변합니다. 우리 태양은 약 50억년 후에 백색 왜성으로 진화할 것입니다.

로마의 두 얼굴을 가진 전환의 신의 이름을 따 야누스라는 별명을 가진 새로 발견된 백색 왜성은 처음에 샌디에이고 근처 칼텍의 팔로마 천문대에서 매일 밤 하늘을 스캔하는 장비인 Zwicky Transient Facility(ZTF)에 의해 발견되었습니다. Caiazzo는 그녀와 그녀의 팀이 이전에 ZTF를 사용하여 발견한 ZTF J1901+1458로 알려진 물체와 같은 고도로 자화된 백색 왜성을 찾고 있었습니다. 한 후보 물체는 밝기의 급격한 변화가 두드러졌기 때문에 Caiazzo는 Palomar의 CHIMERA 장비와 스페인 카나리아 제도의 Gran Telescopio Canarias의 HiPERCAM을 사용하여 추가 조사를 하기로 결정했습니다. 이 데이터는 Janus가 15분마다 축을 중심으로 회전하고 있음을 확인했습니다.

하와이 마우나케아 꼭대기에 있는 WM 켁 천문대에서 후속 관측을 통해 백색 왜성의 극적인 양면성 특성이 밝혀졌습니다. 연구팀은 백색 왜성의 빛을 화학적 지문을 포함하는 파장의 무지개로 퍼뜨리기 위해 분광계라는 도구를 사용했습니다. 데이터는 물체의 한 면이 시야에 들어오면(헬륨의 흔적이 없음) 수소가 존재하고 다른 면이 시야에 들어오면 헬륨만 있는 것으로 나타났습니다.

우주에 홀로 떠다니는 백색 왜성이 그렇게 크게 다른 얼굴을 갖게 된 원인은 무엇입니까? 팀은 그들이 당황했음을 인정하지만 몇 가지 가능한 이론을 내놓았습니다. 한 가지 생각은 야누스가 백색 왜성 진화의 드문 단계를 겪고 있는 것을 목격하고 있을지도 모른다는 것입니다.

“모두는 아니지만 일부 백색 왜성은 표면에서 수소가 지배하는 헬륨으로 전이합니다.”라고 Caiazzo는 설명합니다. “우리는 행동에서 그러한 백색 왜성을 잡았을 수도 있습니다.”

백색 왜성이 형성된 후 무거운 원소는 핵으로 가라앉고 가벼운 원소(가장 가벼운 수소)는 위로 떠오릅니다. 그러나 시간이 지남에 따라 백색 왜성이 식으면서 물질이 서로 섞이는 것으로 생각됩니다. 어떤 경우에는 수소가 내부로 혼합되어 희석되어 헬륨이 더 널리 퍼집니다. Janus가 이 전환 단계를 구현했을 수 있지만 한 가지 시급한 질문은 다음과 같습니다. 한 쪽이 다른 쪽보다 먼저 진화하면서 전환이 그렇게 분리된 방식으로 발생하는 이유는 무엇입니까?

과학 팀에 따르면 대답은 자기장에 있을 수 있습니다.

“우주체 주변의 자기장은 비대칭이거나 한쪽이 더 강한 경향이 있습니다.”라고 Caiazzo는 설명합니다. “자기장은 물질의 혼합을 방지할 수 있습니다. 따라서 자기장이 한 쪽에서 더 강하면 그 쪽에서 더 적은 혼합이 발생하여 더 많은 수소가 발생합니다.”

두 면을 설명하기 위해 연구팀이 제안한 또 다른 이론도 자기장에 의존한다. 그러나이 시나리오에서 필드는 대기 가스의 압력과 밀도를 변경하는 것으로 생각됩니다.

“자기장은 대기의 가스 압력을 낮출 수 있으며, 이로 인해 자기장이 가장 강한 곳에 수소 ‘바다’가 형성될 수 있습니다.”라고 Caltech의 이론 천체 물리학 교수인 공저자 James Fuller는 말합니다. “우리는 이 이론 중 어느 것이 올바른지 모르지만 자기장이 없는 비대칭 측면을 설명하는 다른 방법을 생각할 수 없습니다.”

수수께끼를 풀기 위해 팀은 ZTF의 하늘 조사를 통해 더 많은 야누스와 같은 백색 왜성을 찾기를 희망합니다. “ZTF는 이상한 물체를 찾는 데 매우 능숙합니다.”라고 Caiazzo는 말합니다. 그녀는 칠레의 Vera C. Rubin Observatory에서 수행할 것과 같은 향후 조사를 통해 가변 백색왜성을 훨씬 더 쉽게 찾을 수 있을 것이라고 말했습니다.

“회전하는 백색 왜성은 반대편 면에서 다른 구성을 보여줍니다”라는 제목의 이 연구는 Caltech의 Walter Burke 이론 물리학 연구소, 유럽 연구 위원회, Leverhulme 트러스트 및 영국 과학 기술 시설 위원회의 자금 지원을 받았습니다.

NASA의 Neils Gehrels Swift Observatory(2017년에 사망한 Caltech 졸업생(PhD ’82)인 Gehrels의 이름을 따서 이름이 변경됨)의 관측도 연구에 사용되어 물체의 온도를 타는 듯한 35,000켈빈(약 섭씨 35,000도)으로 좁히는 데 도움이 되었습니다.

Caltech의 ZTF는 National Science Foundation과 파트너의 국제 협력에서 자금을 지원받습니다. 추가 지원은 Heising-Simons Foundation과 Caltech에서 제공합니다. ZTF 데이터는 Caltech의 천문학을 위한 과학 및 데이터 센터인 IPAC에서 처리 및 보관됩니다. NASA는 Near-Earth Object Observations 프로그램을 통해 ZTF의 Near-Earth Object Observations 프로그램을 지원합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230719112553.htm