Ученые раскрывают тайны магнетаров, самых магнитных объектов во Вселенной

На этом изображении художника изображена HD 45166, массивная звезда, недавно обнаруженная с мощным магнитным полем в 43 000 гаусс, самым сильным магнитным полем, когда-либо обнаруженным у массивной звезды. Интенсивные ветры частиц, уносящихся от звезды, захватываются этим магнитным полем, окутывая звезду газовой оболочкой. Настоящая звезда «вероятно, выглядит даже как Уайлдер», отмечает Томер Шенар, ведущий автор нового исследования.

Магнитары — одни из самых причудливых и загадочных объектов во Вселенной, обладающие в триллионы раз большей силой магнитного притяжения, чем Земля или любой другой магнит, созданный людьми.

Ученые до сих пор не уверены, как именно образуются эти объекты. Но, согласно исследованию, опубликованному 17 августа в журнале Science, уникальная богатая гелием звезда, которая находится на расстоянии 3000 световых лет от нас, может дать некоторые ответы.

Исследователи говорят, что странное поведение звезды не может быть объяснено традиционными моделями. Но это можно было объяснить магнитными полями — полями, которые на самом деле оказались настолько сильными, что это была самая магнитная массивная звезда из когда-либо зарегистрированных. Это даже породило новое определение: «массивная магнитная гелиевая звезда».

Теперь ученые подозревают, что однажды звезда разрушится в результате взрыва сверхновой. И результатом этого взрыва может стать рождение магнетара — мертвой звезды, которая, согласно исследованию, будет иметь магнитное притяжение в миллиарды раз сильнее, чем нынешняя звезда.

Это, по крайней мере, дает один ответ на вопрос о том, как образуются магнетары. Могут быть и другие методы, отмечают авторы исследования. Но это огромный шаг вперед в раскрытии тайн магнетаров, которые десятилетиями ставили ученых в тупик.

Загадки магнитной звезды

Массивная звезда с магнитным гелием, находящаяся в центре исследования, является частью двухзвездной системы под названием HD 45166. И доминирующая — или главная — звезда в системе стала навязчивой идеей для Томера Шенара, ведущего автора исследования и исследователя. Астроном из Амстердамского университета в Нидерландах.

«Мы никогда не наблюдали их, потому что их очень трудно обнаружить — за исключением этого объекта», — сказал Шенар о звезде типа HD 45166.

Он называет звезду своим «питомцем», а его коллега и соавтор исследования Джулия Боденштайнер в шутку называет ее «звездой-зомби», потому что «она превращает Томера в зомби».

Звезда выглядит как звезда Вольфа-Райе, которая представляет собой фазу, через которую проходят очень массивные звезды, прежде чем коллапсировать в нейтронные звезды или черные дыры. Но у звезды была гораздо меньшая масса, чем у типичной звезды Вольфа-Райе.

«В основном это объект, который бросает вызов нашим моделям и теориям», — сказал Шенар.

Но Шенару пришло в голову, что виновниками могут быть магнитные поля, что объясняет, почему звезда выглядит как звезда Вольфа-Райе, но имеет гораздо меньшую массу.

Сначала даже Шенар не поверил. И он сказал, что убедить своих коллег-исследователей было непросто. Но доказательства были настолько убедительными, что Шенар и его коллеги смогли получить доступ к высококонкурентным астрономическим инструментам, включая телескоп Канада-Франция-Гавайи, который расположен на Гавайях и может обнаруживать и измерять магнитные поля.

Результаты были ошеломляющими.

Было обнаружено, что звезда содержит магнитное поле в 43 000 Гс. Для контекста, у Земли есть магнитное поле, которое позволяет компасам функционировать, а птицам ориентироваться, которое составляет около 0,5 Гс.

Исследователи подозревают, что магнитное поле этой звезды возникло в результате слияния с другой звездой. По сути, говорится в исследовании, двухзвездная система раньше содержала три звезды, и одна звезда поглотила одного из своих компаньонов, образуя сильно магнитное ядро.

От сверхновой к магнетару

Исследователи подозревают, что массивная магнитная гелиевая звезда сколлапсирует и взорвется, превратившись в сверхновую примерно через миллион лет.

Затем этот взрыв создаст нейтронную звезду, что происходит, когда протоны и электроны в центре звезды коллапсируют и образуют нейтроны — по сути мертвые остатки когда-то массивной, ярко горящей звезды.

Ученые уже знали, что около 10% нейтронных звезд также являются магнетарами. Но раньше они не знали, что пошло на их создание.

И ответ заключается в идеальном космическом вареве: звезда, которая образует чрезвычайно магнитное ядро ​​путем слияния с другой звездой, может позже коллапсировать в нейтронную звезду со всеми свойствами магнетара.

По крайней мере, это один из ответов, отметил Шенар.

«Сейчас вопрос заключается в том, является ли это доминирующим каналом формирования или просто еще одним способом формирования, но, возможно, не самым распространенным», — сказал он. «Но точно — это новый способ».

Доктор Харша Блумер, научный сотрудник Университета Западной Вирджинии, которая не участвовала в исследовании, но активно исследовала магнетары, назвала это исследование «несомненно увлекательным». Она добавила, что это согласуется с некоторыми из ее собственных исследований, которые указывают на то, что звезды Вольфа-Райе могут быть предками магнетаров.

Она признала еще одну теорию образования магнетара. Она называется «моделью магнетара» и предполагает, что «интенсивное тепло и вращение могут вызывать конвективные движения в ядре нейтронной звезды, которые, в свою очередь, могут генерировать сильные магнитные поля за счет действия динамо». Точно так же ученые предполагают, что Земля получила свое магнитное поле.

Но, добавила она, «важно отметить, что ни одна из этих теорий не является взаимоисключающей».

Никогда не зная наверняка

Конечно, исследователи не могут на самом деле наблюдать за формированием этого предполагаемого магнетара, потому что массивная магнитная гелиевая звезда все еще находится примерно в миллионе лет от коллапса.

По словам Шенара, современные астрономические инструменты позволяют астрономам наблюдать за сотнями или даже тысячами сверхновых каждую ночь. Но эти взрывы происходят так далеко — за многие миллионы и даже миллиарды световых лет — что слишком сложно точно определить, что оставляют после себя эти сверхновые.

По словам Шенара, идеальным было бы наблюдать образование магнетара в нашей собственной галактике. Но в среднем каждые 100 лет рядом с домом появляется только одна сверхновая. И даже тогда есть только 10% шанс, что в результате получится нейтронная звезда, которая также является магнетаром.

«Так что, если бы вы жили 1000 лет, вы, вероятно, увидели бы хоть одного», — пошутил Шенар.

Тем не менее, исследователи говорят, что было бы справедливо быть совершенно уверенными в том, что они взломали код этого типа образования магнетара.

И хотя это «довольно причудливый и захватывающий сценарий», сказал Шенар, он, вероятно, не редкость в нашей огромной вселенной.

Блумер добавил, что над магнетарами предстоит еще много интересной работы, и каждое продвижение помогает создать более целостную картину космоса.

«Изучение магнетаров может дать представление о поведении материи в экстремальных магнитных полях и помочь нам лучше понять фундаментальные свойства нейтронных звезд, их эволюцию и даже потенциальные источники гравитационных волн», — сказала она.

По ее мнению, добавила она, магнетары — это «космические загадки, ожидающие решения».