Астрономы подтвердили механизм загрязнения белых карликов фрагментами экзопланет и астероидов

Астрономы впервые напрямую измерили скорость аккреции обломочного материала на белый карлик, которое загрязняет его атмосферу тяжелыми элементами. Они подтвердили существование этого физического механизма, а также определили, что в случае низкого темпа аккреции вещество сталкивается с фотосферой карлика напрямую. Статья опубликована в журнале Nature.

Белые карлики — результат эволюции звезд с массой до 8-11 масс Солнца. Обычно такие компактные объекты обладают атмосферой, состоящей только из водорода или гелия, так как тяжелые элементы быстро оседают в глубокие слои карлика. Тем не менее на сегодняшний день известно, что у 25–50 процентов белых карликов в атмосфере регистрируются различные элементы, тяжелее водорода и гелия (загрязнение металлами), что объясняется продолжающейся аккрецией на объект обломочного материала, планетезималей, астероидов, комет или планет, разрушенных приливными силами. При этом оценки скорости аккреции и состава тел, которые попадают на карлик, сильно зависят от моделей процессов диффузии и перемешивания в атмосфере белого карлика, а тяжелые элементы в фотосферах карликов могут считаться лишь косвенным свидетельством процесса аккреции.

Группа астрономов во главе с Тимом Каннингемом (Tim Cunningham) из Уорикского университета опубликовала результаты анализа данных наблюдений космического телескопа «Чандра» за белым карликом G29–38, который входит в сто ближайших к Солнцу объектов такого типа, исследуемых в целом ряде диапазонов электромагнитных волн. Он обладает массой 0,6 массы Солнца и эффективной температурой 11,5–12 тысяч кельвин. Наблюдения велись в диапазоне энергий квантов от 0,5 до 7 килоэлектронвольт.

Избыток инфракрасного излучения, зарегистрированный ранее от G29–38, и следовые количества тяжелых элементов, обнаруженные в его водородной атмосфере, по мнению ученых указывают на аккрецию вещества на объект из компактного диска из пыли и обломков, образовавшегося в результате приливного разрушения астероида. При этом предполагается, что процесс аккреции должен сопровождаться интенсивным нагревом падающего на карлик вещества, что вызовет генерацию рентгеновского излучения. Подобный эффект наблюдался в случае звезд в двойных системах, но не фиксировался для карликов, аккрецирующих обломочный материал.

В итоге ученые зарегистрировали рентгеновское излучение от G29–38 со статической значимостью 4,4 сигма. Скорость аккреции вещества на белый карлик была оценена в 1,63×10⁹ граммов в секунду. Это значение не зависит от моделей звездной атмосферы, выше, чем более ранние оценки, и является первым случаем прямого измерения мгновенной скорости аккреции белого карлика, поглощающего обломочный материал. 

Измеренная температура плазмы составила 0,5 килоэлектронвольт, что намного ниже, чем у белых карликов, аккрецирующих вещество со звезд-компаньонов. Предполагается, что в случае G29–38 плотности падающего на него вещества недостаточно для образования ударной волны над фотосферой звезды, и вещество сталкивается непосредственно с белым карликом, бомбардируя его. 

Ранее мы рассказывали о том, как ученые нашли экзотические образцы мантии экзопланет в атмосферах загрязненных белых карликов.

Александр Войтюк