Астрономы впервые заметили грязное пятно на белом карлике

Астрономы впервые проследили влияние магнитного поля белого карлика на процесс аккреции на него планетарного вещества. Предполагается, что WD 0816–310 ранее поглотил испаренное вещество тела, близкого или сравнимого по массе с астероидом Веста, при этом аккреционный поток был направлен полем к магнитным полюсам карлика. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

В атмосфере белых карликов из-за высокой поверхностной гравитации действует механизм оседания элементов тяжелее водорода и гелия в более глубокие слои. Однако ученым известно уже немало белых карликов, в атмосфере которых есть металлы, что связывают с аккрецией на них планетезималей или вещества разрушенных планет. Такие наблюдения позволяют лучше разобраться в геохимии экзопланетных систем и процессах формирования планет. В частности, астрономы уже оценивали содержание воды и лития в экзосолнечных планетезималях, а также обнаруживали образцы мантии экзопланет. Интересно также отследить сам процесс аккреции вещества на белый карлик, а также понять влияние на нее магнитного поля карлика, которое может усиливать темп аккреции и перенаправлять ее поток.

Группа астрономов во главе со Стефано Багнуло (Stefano Bagnulo) из Обсерватории Армы в Северной Ирландии опубликовала результаты спектрополяриметрических наблюдений за грязным белым карликом WD 0816–310, проведенных в феврале-марте 2023 года с помощью инструмента FORS2, установленного на наземном комплексе телескопов VLT.

WD 0816–310 находится в 63,2 световых годах от Солнца и относится к спектральному классу DZ, демонстрируя в спектре линии поглощения металлов, в первую очередь Ca, Mg и Fe. Кроме того, он обладает переменным продольным магнитным полем, и существовали подозрения о связи поля с динамикой содержания металлов в атмосфере карлика, основанные на ранних спектроскопических наблюдениях.

Данные наблюдений за карликом могут быть описаны моделью дипольного магнитного поля с напряженностью вблизи полюсов в 140 килогаусс, которое наклонено на 70 градусов к оси вращения белого карлика, которая, в свою очередь, наклонена под углом 70 градусов относительно направления на земного наблюдателя. Период вращения карлика составляет 10,8 дня, а его эффективная температура — 6250 кельвин.

Ученые заметили, что динамика содержания металлов в атмосфере карлика, выражающаяся в изменении интенсивности линий поглощения в спектрах, имеет временной масштаб в несколько дней и заметно коррелирует с продольной составляющей магнитного поля и вращением звезды. Предполагается, что в случае WD 0816–310 напряженности магнитного поля будет достаточно, чтобы усечь аккреционный диск и заставить поток вещества следовать вдоль силовых линий к магнитным полюсам на поверхности белого карлика, а подавление горизонтального перемешивания полем будет способствовать накоплению металлов в этих зонах.

Однако, не до конца ясно, может ли в данном случае планетарное вещество в испаренной форме быть достаточно ионизованным, чтобы магнитное поле действительно контролировало поток аккреции. Исследователи пришли к выводу, что даже если ультрафиолетового излучения от карлика не хватает для адекватной ионизации газа, присутствие небольшого числа атомов, ионизированных излучением, будет постепенно увеличивать уровень ионизации вещества внутри диска за счет столкновений.

Еще один важный момент — природа планетарного вещества, попавшего на карлик. Ученые пришли к выводу, что имеют дело с разрушением тела, близкого или сравнимого по массе с астероидом Веста, при этом металлы имели временной запас в 0,31 миллиона лет после эпизода аккреции, чтобы осесть в атмосфере вглубь и распределиться в горизонтальном направлении.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые впервые нашли объект планетарного масштаба у белого карлика.