Голубых бродяг назвали предшественниками магнитаров

Астрофизики провели детальное моделирование слияний двух обычных звезд и доказали, что в таком случае появляются голубые бродяги — яркие массивные звезды с мощным магнитным полем, которые выглядят моложе окружающих светил. После вспышки сверхновой такие объекты могут превратиться в магнитары — нейтронные звезды с особо сильными магнитными полями, пишут авторы в журнале Nature.

Многие звезды, в том числе Солнце, обладают заметным магнитным полем. Считается, что у ближайшей звезды магнитное поле возникает в конвективной оболочке над ядром, где частично ионизованное вещество находится в постоянном движении.

Около 10 процентов массивных звезд (тяжелее полутора солнечных масс) также обладают мощными крупномасштабными магнитными полями. Однако оболочки таких звезд полностью ионизованы, в них энергию переносит не конвекция, а излучение, поэтому там отсутствуют крупномасштабные движения вещества.

Астрофизики выдвигали гипотезу, которая объясняет данный факт. Согласно ей, причина заключается в истории этих объектов: они могли образоваться в результате слияния других звезд, а магнитные поля появились в процессе такого объединения. Существует несколько указаний в пользу этого объяснения. В частности, предсказываемая доля слияний массивных звезд дает такую же оценку около 10 процентов. Также магнитные массивные звезды не наблюдаются в тесных двойных системах. Однако общепринятой теории возникновения магнитных звезд нет.

В работе астрофизиков из Германии и Великобритании под руководством Волкера Шпрингеля (Volker Springel) из Института астрофизики Общества Макса Планка приведен результат подробного трехмерного магнитогидродинамического моделирования слияния двух звезд с массами в восемь и семь солнечных. Авторам удалось воспроизвести формирование крупной звезды с массой в 15 солнечных, обладающей сильным магнитным полем. По свойствам получившееся светило сильно напоминает звезду τ Sco (Тау Скорпиона) — типичного представителя редкого класса голубых бродяг.

Голубые бродяги обычно наблюдаются в шаровых скоплениях звезд. Для этих объединений тысяч светил характерно старое население, в котором отсутствуют яркие и крупные звезды с голубым цветом, так как они быстро эволюционируют и уже закончили жизнь в виде сверхновой. Тем не менее, иногда на их месте наблюдается группа, которая и получила название голубых бродяг. Новое моделирование доказывает уже высказанную гипотезу, что эти звезды получаются в результате слияния, которое «омолаживает» их спектральные характеристики.

Симуляция проводилась с помощью численного кода AREPO. Оказалось, что перед слиянием наступает этап чрезвычайно интенсивного обмена масс, причем вещество в основном теряет более массивный компонент. Часть массы покидает систему, унося момент импульса и ускоряя слияние, а другая падает на менее массивную звезду в виде потока, который создает магнитное поле вплоть до 10⁸ гаусс, что в 10¹⁸ раз больше, чем изначально было у звезд. В результате суммарная энергия магнитного поля может достигать десятков процентов от кинетической энергии движения вещества.

Магнитный поток в центральной области слившейся звезды к концу симуляции составлял порядка  4×10²⁸ гаусс на квадратный сантиметр. Если весь этот поток сохранится вплоть до предстоящей вспышки сверхновой, который состоится примерно через 10 миллионов лет, то возникшая в результате нейтронная звезда с радиусом в 10 километров будет обладать магнитным полем силой порядка 10¹⁶ гаусс на поверхности, то есть является магнитаром. Такой механизм возникновения нейтронных звезд с наиболее сильными магнитными полями был предложен российскими астрофизиками с помощью метода популяционного синтеза.

Считается, что столь высокие значения магнитного поля должны влиять на протекание взрыва сверхновой. Согласно одной из выдвинутых гипотез, именно коллапс ядра сильно магнитной звезды с образованием магнитара объясняет отдельные быстрые радиовсплески.

Ранее в этом году астрономы впервые определили источник отдельного быстрого радиовсплеска, провели томографию сверхновой и не смогли теоретически описать лучшего кандидата на парно-нестабильную сверхновую.