Быстро вращающаяся звезда-белый карлик с двумя разными полушариями — водородным и гелиевым — заставляет астрономов ломать голову над тем, как она оказалась в таком состоянии. Эта звезда, получившая прозвище «Янус» в честь двуликого римского бога перехода, была обнаружена с помощью Установки транзиентов Цвикки (ZTF) в Паломарской обсерватории (США). Одно из возможных объяснений заключается в том, что она является результатом сильного, но однобокого магнитного поля, возникшего в результате слияния двух белых карликов.


 
Белые карлики — это остатки звезд, похожих на Солнце, которые прекратили ядерные реакции в своих недрах, сбросили внешние слои и подверглись гравитационному сжатию своих остаточных ядер. Образовавшиеся объекты имеют размер примерно с Землю, но массу звезды, рассказывается здесь.
 
Хотя белые карлики рождаются горячими, с возрастом они постепенно остывают. Это охлаждение сказывается на их структуре. При высокой температуре их поверхность покрыта слоем водорода, который окутывает подслой гелия. Как только температура поверхности остывает, гелиевый слой начинает конвектировать. Если верхний слой водорода достаточно тонкий, он может рассеиваться в бурлящем гелии.
 
Почти у половины белых карликов происходит такой переход от водородного доминирования к гелиевому. Однако, поскольку переход обычно происходит за считанные секунды, никто никогда не видел, как это происходит — возможно, до сих пор.
 
Белый карлик Янус, имеющий официальное обозначение ZTF J203349.8+322901.1 и расположенный на расстоянии более 1300 световых лет от Земли, привлек внимание астрофизика Калифорнийского технологического института (Калтех) Иларии Кайаццо своими быстрыми изменениями яркости. Дополнительные наблюдения в Паломарской обсерватории и других установках показали, что эта звезда делает один оборот каждые 15 минут, в течение которых её яркость меняется от максимума, когда её покрытая водородом поверхность направлена на Землю, до минимума, когда мы видим противоположное полушарие, покрытое гелием.
 
Но почему? Судя по результатам работы группы, которую Кайаццо собрала для изучения этого открытия, Янус, похоже, застрял в переходном периоде. На одном из его полушарий конвекция гелия, по-видимому, поглотила водород, но на другом, как ни странно, этого не произошло. Авторы статьи, которая была опубликована в журнале Nature, предполагают, что достаточно сильное магнитное поле, смещенное от центра белого карлика, может препятствовать конвекции гелия на одном полушарии, а не на другом, но это объяснение носит предварительный характер. Достаточно сказать, что до сих пор никто не видел белого карлика, состоящего из двух частей.
 
«Нет ни одной модели, которая бы это предсказывала», — говорит член группы Пьер-Эммануэль Тремблей, астроном из Йоркского университета (Великобритания). «В астрофизике, когда что-то не в порядке и требует тонкой настройки, люди часто ссылаются на магнитные поля, и это прекрасный пример».
 
Около 20% белых карликов являются магнитными, а напряженность полей некоторых из них достигает 1 млрд Гауссов. Для сравнения, магнитное поле Земли составляет половину Гаусса, а напряженность магнитного поля на поверхности Солнца — около одного Гаусса. По оценкам специалистов, для Януса поле должно составлять 1000-1 млн. Гаусс. Если оно будет сильнее, то это приведет к искажению спектральных линий звезды.
 
«Для Януса мы предполагаем наличие магнитного поля, поскольку иначе было бы очень трудно объяснить разный состав на двух гранях», — говорит Кайаццо. Однако, добавляет она, «мы до сих пор не знаем, почему только некоторые белые карлики являются магнитными и откуда берется такое огромное разнообразие напряженности полей».
 
Сильное и однобокое магнитное поле Януса, его большая скорость вращения, большая масса (от 1,20 до 1,27 массы Солнца) и двуликий состав — все это указывает на то, что перед нами весьма примечательный белый карлик. По мнению Тремблея, это указывает на то, что здесь могут действовать и другие факторы. «В этом белом карлике должно быть что-то особенное, помимо магнитного поля», — говорит он.
 
Тремблей предполагает, что Янус мог образоваться в результате слияния двух белых карликов — события, которое могло привести к возникновению внутренних магнитных динамо-машин. «Быстрое вращение, генерация и асимметрия магнитного поля — все это указывает на бинарную эволюцию и слияние», — говорит он.
 
Тремблей также скептически относится к тому, что магнитное поле является смещенным диполем. Внутренняя структура магнитного поля белых карликов еще недостаточно изучена, и, по его мнению, ссылка на смещенный диполь может скрывать геометрию магнитного поля высшего порядка.
 
«На мой взгляд, это означает, что магнитное поле может быть не дипольным», — говорит Тремблей. «Вместо этого оно может быть квадрупольным, например, с четырьмя полюсами. Это не обязательно означает, что поле смещено от центра».
 
Когда белые карлики взрываются как сверхновые типа Ia, их хорошо понятная яркость позволяет астрономам рассматривать их как стандартные свечи — важнейший инструмент для измерения расстояний в космосе и скорости расширения Вселенной. Однако астрономы до сих пор не уверены в том, сколько сверхновых типа Ia возникает при накоплении одиночным белым карликом слишком большого количества вещества от звезды-компаньона и её взрыва, а сколько — при слиянии двух белых карликов, которые, объединившись, превышают предельную массу Чандрасекара, равную 1,44 солнечной массы, и взрываются.
 
Если Янус действительно является продуктом слияния двух меньших белых карликов, то выявление большего количества примеров полупереходных белых карликов позволит астрономам определить количество таких систем и их возможный вклад в популяцию сверхновых типа Ia.