science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Witte dwergen worden magnetisch naarmate ze ouder worden

Een op de vier WD's beëindigt zijn leven door een sterk magnetisch veld. Krediet:ESO/L. Calcada

Minstens één op de vier witte dwergen (WD's) zal zijn leven als magnetische ster beëindigen, en daarom zijn magnetische velden een essentieel onderdeel van de WD-fysica. Nieuwe inzichten in het magnetisme van gedegenereerde sterren uit een recente analyse van een volumebeperkte steekproef van WD's hebben het beste bewijs opgeleverd dat tot nu toe is verkregen over hoe de frequentie van magnetisme in WD's correleert met de leeftijd. Dit zou kunnen helpen om de oorsprong en evolutie van magnetische velden in WD's te verklaren.

Meer dan 90% van de sterren van onze Melkweg beëindigen hun leven als WD's. Hoewel velen een magnetisch veld hebben, het is nog onbekend wanneer het aan de oppervlakte verschijnt, of het evolueert tijdens de afkoelfase van de WD en, bovenal, wat zijn de mechanismen die het genereren.

Astronomische waarnemingen zijn vaak onderhevig aan sterke vooroordelen. Omdat WD's stervende sterren zijn, ze worden koeler, en daarom zwakker en zwakker met de tijd. Als gevolg hiervan, observaties geven de voorkeur aan de studie van de helderste WD's, die heet en jong zijn. Er is ook een subtieler en contra-intuïtief effect. Vanwege hun gedegenereerde status, massievere WD's zijn kleiner dan minder massieve (stel je een reeks bollen voor waarbij de kleinere het zwaarder zijn). Omdat kleinere WD's ook zwakker zijn, waarnemingen hebben de neiging om ook de voorkeur te geven aan de minder massieve sterren.

Samengevat, observaties van doelen geselecteerd op basis van hun helderheid (bijvoorbeeld het observeren van alle WD's die helderder zijn dan een bepaalde magnitude) hebben de neiging zich te concentreren op jonge en minder massieve sterren, oudere WD's volledig verwaarlozen.

Een ander probleem is dat de meeste waarnemingen van WD's worden gedaan met spectroscopische technieken die alleen gevoelig zijn voor de sterkste magnetische velden, waardoor een aanzienlijk deel van de magnetische WD's niet kon worden geïdentificeerd. De gevoeligheid van spectropolarimetrie voor magnetische velden kan meer dan twee ordes van mangitude beter zijn dan spectroscopie. Spectropolarimetrie heeft aangetoond dat zwakke velden, die ontsnappen aan detectie via spectroscopische technieken, zijn eigenlijk heel gebruikelijk in WD's.

Om een ​​volledig spectropolarimetrisch onderzoek uit te voeren, astronomen van Armagh Observatory en de University of Western Ontario selecteerden alle WD's uit de Gaia-catalogus in een volume binnen 20 parsecs van de zon. Ongeveer twee derde van dit monster, of ongeveer 100 WD's, was niet eerder waargenomen en daarom waren er geen gegevens beschikbaar in de literatuur. Bijgevolg, het team observeerde ze met behulp van de ISIS-spectrograaf en polarimeter op de William Herschel Telescope (WHT), samen met soortgelijke instrumenten op andere telescopen.

Ze ontdekten dat magnetische velden zeldzaam zijn aan het begin van het leven van een WD, wanneer de ster geen energie meer produceert in zijn binnenste, en begint de afkoelfase. Daarom lijkt een magnetisch veld sinds zijn "geboorte" geen kenmerk van een WD te zijn. Meest voorkomend, het wordt ofwel gegenereerd, of naar het stellaire oppervlak gebracht tijdens de afkoelfase van de WD.

Ze ontdekten ook dat de magnetische velden van WD's geen duidelijke tekenen van Ohms verval vertonen, weer een indicatie dat deze velden worden gegenereerd tijdens de afkoelfase, of op zijn minst blijven verschijnen aan het stellaire oppervlak naarmate de WD ouder wordt.

Dit beeld is totaal anders dan wat bijvoorbeeld wordt waargenomen in magnetische Ap- en Bp-sterren van de bovenste hoofdreeks, waar blijkt dat niet alleen magnetische velden aanwezig zijn zodra de ster de nul-leeftijd hoofdreeks bereikt, maar ook dat de veldsterkte met de tijd snel afneemt. Magnetisme in WD's lijkt daarom een ​​heel ander fenomeen te zijn dan magnetisme van Ap- en Bp-sterren.

Niet alleen neemt de frequentie van het magnetische veld toe met de leeftijd van de WD, maar het is bekend dat de frequentie gecorreleerd is met de stellaire massa, en dat velden vaker verschijnen nadat de koolstof-zuurstofkern van de ster is gaan kristalliseren. Een dynamomechanisme kan de zwakste velden verklaren die zijn waargenomen in WD's, en recent werk suggereert dat hetzelfde mechanisme in staat zou kunnen zijn om velden te produceren die sterker zijn dan oorspronkelijk voorspeld.

Ter vergelijking, de sterkte van het aardmagnetisch veld, geproduceerd door een dynamomechanisme, is ongeveer één Gauss. Een dynamomechanisme kan velden tot 0,1 miljoen Gauss-sterkte verklaren, maar in WD's zijn velden tot enkele honderden miljoenen Gauss waargenomen. Verder, een dynamomechanisme heeft snelle rotatie nodig, maar dit wordt over het algemeen niet waargenomen bij WD's. Verder theoretisch en observationeel onderzoek is nodig om deze situatie te ontrafelen.