Bijeli patuljak SDSS J0608−0059 ima promjer približno upola manji od Zemljina, ali u sebi sadrži 1,226 Sunčevih masa. Astronomi su ga proučili pomoću utjecaja njegove gravitacije na svjetlost i pronašli znakove da je njegova jezgra građena od kisika i neona.
Objekt se nalazi oko 200 svjetlosnih godina od Zemlje. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu The Astrophysical Journal.
Astronomi nisu izravno vidjeli jezgru. Do zaključka su došli usporedbom izmjerene mase i polumjera s teorijskim modelima različitih vrsta bijelih patuljaka.
Mali promjer, golema masa
Bijeli patuljak nastaje kada zvijezda slična Suncu potroši gorivo i odbaci vanjske slojeve. Za njom ostaje vruća, zbijena jezgra u kojoj više nema aktivne nuklearne fuzije. Takav se objekt potom milijardama godina polako hladi.
Većina bijelih patuljaka ima između 0,5 i 0,7 Sunčevih masa, a veličinom je približna Zemlji. SDSS J0608−0059 pripada mnogo rjeđoj skupini ultramasivnih bijelih patuljaka.
Njegov polumjer iznosi 0,491 Zemljina polumjera, odnosno približno 3130 kilometara. To znači da mu je promjer otprilike polovica Zemljina, iako ima više mase od Sunca. Procijenjena temperatura površine iznosi oko 17.820 kelvina.
SDSS J0608−0059 dio je vrlo širokog binarnog sustava. Zvijezda pratiteljica udaljena je 2684 astronomske jedinice, pa dvije zvijezde nisu bile u tijesnoj interakciji i nisu razmjenjivale materijal. Ta je okolnost važna za mjerenja, ali i za razumijevanje podrijetla bijelog patuljka.
Gravitacija je otkrila njegovu masu
Astronomi su iskoristili gravitacijski crveni pomak, pojavu koja se javlja kada svjetlost izlazi iz snažnog gravitacijskog polja.
Photon koji napušta površinu masivnog i zbijenog objekta gubi dio energije. Njegova se valna duljina zato povećava, pa se spektralne linije pomiču prema crvenom dijelu spektra. Što je objekt masivniji i kompaktniji, učinak je izraženiji.
Više o tom načinu proučavanja bijelih patuljaka pročitajte u tekstu Što nam 26.000 mrtvih zvijezda može otkriti o tajnama svemira.
Problem je u tome što se spektralne linije pomiču i zbog gibanja zvijezde kroz svemir. Istraživači su zato usporedili spektar bijelog patuljka sa spektrom njegove zvijezde pratiteljice. Budući da se obje zvijezde kreću zajedno, pratiteljica je poslužila kao referenca za njihovo zajedničko gibanje.
Razlika između ta dva mjerenja otkrila je gravitacijski crveni pomak bijelog patuljka. Podaci dobiveni instrumentima UVES na ESO-ovu Vrlo velikom teleskopu i MagE na teleskopu Magellan pokazali su pomak koji odgovara ekvivalentnoj brzini od približno 174,5 kilometara u sekundi.
Sam crveni pomak ne daje zasebno masu i polumjer. Pokazuje njihov međusobni odnos. Zato su istraživači mjerenje kombinirali s podacima o sjaju zvijezde iz misije Gaia te pregleda neba SDSS, Pan-STARRS i SkyMapper.
Računalni model usporedio je različite kombinacije mase, polumjera, temperature, udaljenosti i međuzvjezdane prašine. Najbolje se s podacima slagala vrijednost od 1,226 Sunčevih masa i polumjer od 0,491 Zemljina polumjera.
Podaci upućuju na jezgru od kisika i neona
Većina bijelih patuljaka ima jezgru od ugljika i kisika. Kod masivnijih zvijezda temperatura u jezgri može postati dovoljno visoka da se ugljik počne spajati u teže elemente. U takvom procesu nastaje jezgra u kojoj prevladavaju kisik i neon.
Sastav jezgre utječe na odnos mase i veličine bijelog patuljka. Zato su istraživači izmjerene vrijednosti usporedili s modelima za jezgru od ugljika i kisika te s modelima za jezgru od kisika i neona.
Podaci su dali prednost drugoj mogućnosti. Bayesov faktor u korist modela s kisikom i neonom iznosio je 2,7.
To je važan trag, ali nije konačna potvrda. Statistička razlika između dvaju modela iznosi samo 1,55 standardnih odstupanja, pa se mogućnost jezgre od ugljika i kisika ne može isključiti. Najpreciznije je reći da mjerenja daju prednost jezgri od kisika i neona.
Objekt se nalazi i u području dijagrama boje i sjaja poznatom kao Q-grana. Ondje se dio ultramasivnih bijelih patuljaka hladi neobično sporo zbog procesa koji se odvijaju tijekom kristalizacije jezgre.
Kod jezgri od ugljika i kisika razdvajanje izotopa neona-22 može oslobađati energiju i usporiti hlađenje. Kod jezgri od kisika i neona taj se proces odvija drukčije. SDSS J0608−0059 ne pokazuje znakove dugotrajnog kašnjenja u hlađenju, što se bolje uklapa u model s kisikom i neonom.
Sastav jezgre mijenja mogući kraj zvijezde
Sastav jezgre važan je i za budući razvoj bijelog patuljka.
Bijeli patuljak s jezgrom od ugljika i kisika može u tijesnom binarnom sustavu preuzimati materijal sa zvijezde pratiteljice. Ako njegova masa dovoljno naraste, u jezgri se može pokrenuti nekontrolirano sagorijevanje ugljika i nastati supernova tipa Ia.
Takve se eksplozije koriste kao standardne svijeće za mjerenje kozmičkih udaljenosti.
Kod bijelog patuljka s jezgrom od kisika i neona očekuje se drukčiji završetak. Ako bi nastavio dobivati masu, hvatanje elektrona moglo bi smanjiti tlak koji podupire njegovu jezgru. Prema sadašnjim modelima, takav bi se objekt prije urušio u neutronsku zvijezdu nego eksplodirao kao supernova tipa Ia.
To se ne odnosi na neposrednu budućnost SDSS-a J0608−0059. Njegova je pratiteljica predaleko da bi mu danas predavala materijal.
Istraživači su razmotrili i mogućnost da je bijeli patuljak nastao spajanjem dviju drugih zvijezda. Takva spajanja mogu stvoriti ultramasivne bijele patuljke.
SDSS J0608−0059 nema nekoliko očekivanih obilježja ostatka takvog spajanja. Njegova brzina kroz galaksiju nije neuobičajeno velika, nije otkriveno snažno magnetsko polje, a široki binarni sustav i dalje je gravitacijski vezan. Ti podaci više odgovaraju razvoju iz jedne zvijezde, iako spajanje nije moguće potpuno isključiti.
Najveća trenutačna nesigurnost dolazi iz određivanja polumjera. Precizniji podaci misije Gaia i buduća ultraljubičasta promatranja mogli bi poboljšati mjerenja udaljenosti, temperature i veličine objekta.
To bi moglo dodatno učvrstiti zaključak o jezgri od kisika i neona ili pokazati da je prednost tog modela slabija nego što sada izgleda.
