Obserwując nocne niebo uwagę astronomów zwróciła jedna z gwiazd ze względu na jej szybkie zmiany jasności. Dalsze obserwacje wykazały, że biały karzeł o nazwie Janus, obraca się raz na 15 minut. Ale najdziwniejsze jest to, że analizy spektrometryczne, które ujawniają skład chemiczny odległych obiektów wykazały, iż jedna strona gwiazdy prawie w całości składała się z wodoru, a druga z helu.
Niezależnie od wieku czy stadium życia gwiazdy nie spodziewalibyśmy się, że jej powierzchnia może być aż tak niejednorodna. I że coś takiego, jak ten biały karzeł może w ogóle istnieć. Wyjaśnienie jego fenomenu z pewnością stanowić będzie duże wyzwanie dla astronomów.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9).
Większość gwiazd wchodzących w ostatni rozdział swojego życia ma skłonność do kurczenia się, pomniejszania i powoli zmienia kolor. Astronomowie określają te gęste obiekty mianem białych karłów. Są to pozostałości małych oraz średniej wielkości gwiazd podobnych do naszego Słońca. Gdy zużyją całe swoje paliwo w jądrze i zrzucą swoje zewnętrzne warstwy, pozostające gorące jeszcze jądro zacznie się ochładzać. Proces ten może trwać miliardy lat. Te niezwykle gęste pozostałości gwiazdy wciąż emitują promieniowanie cieplne i dlatego są widoczne dla astronomów. Szacuje się, że do 97 procent gwiazd w Drodze Mlecznej ostatecznie zamieni się w białe karły, w tym nasze Słońce.
Ostatnio został odkryty biały karzeł zadziwił astronomów. Jego wygląd, a przez to i struktura, są co najmniej nietypowe i trudne do wyjaśnienia. Jako pierwsi dostrzegli go astronomowie z Zwicky Transient Facility, a następnie zaobserwowano go przy pomocy kilku innych teleskopów. Zauważono, że wykonuje on pełny obrót wokół własnej osi w czasie 15 minut, a panująca na nim temperatura to około 35 tys. stopni Celsjusza.
Jednakże to, co jest w nim najbardziej niezwykłe, zostało zawarte w imieniu, jakie mu nadano. Brzmi ono Janus, od rzymskiego boga o dwóch zwróconych w przeciwnych kierunkach twarzach, uważanego za opiekuna drzwi domostw oraz bram miast. Dlaczego nadano mu tak nietypowe imię? Otóż można powiedzieć, że nowo odkryty biały karzeł ma dwie twarze, które różnią się od siebie jasnością, ale również i składem. Jedna połowa powierzchni Janusa jest bowiem pokryta wodorem, natomiast druga – helem.
Wyjaśnienie przyczyn tego niecodziennego wyglądu białego karła okazało się dla astronomów niezwykle problematyczne. Jak dotąd powstało jedynie kilka koncepcji, przy pomocy których można spróbować rzucić na tę sprawę nowe światło. Jedna z nich zakłada, że Janus właśnie w tym momencie jest w trakcie przechodzenia przemiany. Zdarza się bowiem, że w przypadku białych karłów przeobrażeniu ulega ich powierzchnia, gdy się ochładzają: ze zdominowanej przez wodór do zdominowanej przez hel. Być może zatem szczęśliwie udało się uchwycić taką właśnie fazę.
Taka koncepcja nie tłumaczy jednak do końca wszystkiego. Dlaczego bowiem przemiana zachodziłaby tylko na połowie gwiazdy? Dlaczego te dwie twarze Janusa miałyby w tym przypadku być aż tak odrębne od siebie? Tutaj z pomocą przychodzi z kolei założenie dotyczące ewentualnego kształtu jego pola magnetycznego. Jest bowiem możliwe, że jest ono asymetryczne: silniejsze po jednej jego stronie, a słabsze po drugiej. To wyjaśniałoby dlaczego do wspomnianej przemiany dochodzi w tak nietypowy sposób, a wodór i hel nie mieszają się ze sobą. Jednakże sam magnetyzm to jeszcze nie wszystko.
W grę może również wchodzić różnica ciśnień, której zresztą różnice w sile pola magnetycznego mogą być przyczyną, ponieważ stanowi ono ograniczenie dla otaczającej białego karła plazmy. Ma to przełożenie tak na gęstość jego atmosfery, jak i wspomniane ciśnienie. W ten sposób po stronie silniejszego pola magnetycznego ciśnienie będzie słabsze, a zatem możemy się tam spodziewać powstania wodorowego „oceanu”. Aktualnie astronomowie nie są w stanie opracować koncepcji wyjaśniającej nietypowy wygląd Janusa, która nie uwzględniałaby różnic w sile pola magnetycznego po obu jego stronach.
Źródło: California Institute of Technology, fot. K. Miller, Caltech/IPAC/ CC0
