Космические супермагниты. До сих пор было неясно, почему некоторые массивные звезды имеют чрезвычайно сильные магнитные поля. И вот теперь исследователи, похоже, смогли решить эту загадку. По их словам, такая магнитная звезда может возникнуть тогда, когда воедино сливаются две массивные звезды-предшественницы. И такое утверждение подтверждается моделированием. А если такая звезда затем взрывается, она образует магнетар — один из самых сильных магнитов в космосе.
Сверхновые из магнитных звезд вполне могли бы порождать магнетары. © ESO/L. Calcada/CC-by-sa 4.0
Когда массивная звезда взрывается сверхновой, в качестве ее реликта остается черная дыра или нейтронная звезда — чрезвычайно плотное и компактное небесное тело. В некоторых же случаях, однако, возникают магнетары (магнитары), нейтронные звезды с необычно сильным магнитным полем. «Магнетары, вероятно, обладают самыми сильными магнитными полями во всей вселенной — до ста миллионов раз сильнее самого сильного магнитного поля, когда-либо созданного людьми», — говорит соавтор работы Фридрих Ропке из Института теоретических исследований Гейдельберга (HITS).
Загадочное происхождение
Но почему? Почему некоторые простые нейтронные звезды не остаются простыми сверхновыми, а превращаются в космические супермагниты? Уже довольно давно астрономы подозревали, что существуют звезды-предшественники магнетаров. Поскольку наблюдения давно показывали, что приблизительно десять процентов всех массивных звезд тоже необычайно сильно намагничены. Поэтому естественно предположить, что эти звезды при взрыве образуют и сильно намагниченные нейтронные звезды.
Но здесь имеется и проблема: до сих пор неизвестно и то, как образуются такие сильно намагниченные звезды. Опять же, астрономы могут лишь только строить догадки, хотя своя версия у них уже имеется: они предполагают, что такие магнитные звезды являются продуктом слияния двух звезд. И это потому, что турбулентные завихрения звездной плазмы в этом процессе теоретически могут привести к возникновению сильных магнитных полей.
Столкновение звезд на компьютере
Но не все так просто. «До сих пор, однако, мы не могли проверить эту гипотезу, потому что у нас не было необходимых компьютерных инструментов», — объясняет Себастьян Олманн из компьютерного центра Макса Планка в Гархинге. Но теперь ситуация изменилась. Олманн, его коллега Фабиан Шнайдер и их команда разработали специальное программное обеспечение для моделирования, которое может симулировать сложные процессы объединения двух массивных звезд в трех измерениях — с учетом их магнитных полей.
Необычно сильное магнитное поле некоторых массивных звезд могло быть вызвано слиянием двух звезд-предшественниц. Это моделирование показывает силу полей. © Ohlmann/ Schneider/ Röpke
Таким образом, теперь стало возможным впервые отследить происхождение магнитных звезд — и, возможно, также магнетаров. Для моделирования исследователи позволили двум молодым звездам восьми и девяти солнечных масс столкнуться друг с другом и слиться. В результате они воссоздали сценарий, который мог бы создать, наряду с прочим, 500-летнюю магнитную звезду Тау Скорпиона (τ Sco).
Невероятные магнитные силы
При этом оказалось: уже при слиянии внешних оболочек обеих звезд завихренные друг с другом потоки вещества создают сильные магнитные силы. «Когда ядра двух звезд сливаются, на контактной поверхности ядер обеих звезд образуются вихри, которые дополнительно способствуют усилению магнитных полей», — говорят Шнайдер и его коллеги.
На конечной стадии моделирования образовалась массивная звезда с 17 солнечными массами, которая генерировала огромный магнитный поток в 350 триллионов гаусс на квадратный сантиметр. «Это значение находится в диапазоне напряженности поля, которое ранее уже измерялось на поверхности магнитных звезд», объясняют исследователи. И компьютерное моделирование подтверждает, что физические процессы в ходе столкновения звезд действительно могут вызывать такие сильные магнитные поля.
Курс звездного омоложения
И еще кое-что вписывается в эту картину: многие магнитные звезды кажутся голубее и, соответственно, моложе, чем могли бы быть. Поэтому их назвали «синими отстающими». Также к этой звёздной категории относится и магнитная звезда Tau Scorpii. «Исходя из данных наблюдений, она кажется моложе пяти миллионов лет — но это лишь половина возраста всех других звезд в регионе ее рождения», — объясняют Шнайдер и его коллеги.
Полевые линии магнитной звезды Тау Скорпиона. © Pascalou petit /CC-by-sa 4.0
Причину этого раскрывает компьютерная модель. По всей вероятности, слияние двух исходных звезд действует как омолаживающий курс в космическом масштабе. Причину же следует искать в том, что смешивание материала звезд делает полученную в результате звезду более горячей и синей, чем ее предшественники, о чем и свидетельствует моделирование. «Наш продукт слияния выглядит по сравнению с другими звездами омоложенной синей отстающей», — говорят исследователи.
Так же образуются и магнетары?
По словам Шнайдера, Олманна и их команды, проведенное исследование подтверждает, что массивные магнитные звезды могут быть созданы в результате слияния двух звезд-предшественниц — и что этот процесс одновременно вызывает их «омоложение». «Поэтому слияние звезд обеспечивает необходимые условия для создания сильных магнитных полей», — говорят ученые.
Это также дает представление о том, как возникают загадочные магнетары: «Если весь магнитный поток такой звезды будет сохраняться до коллапса ядра, то полученная в результате нейтронная звезда радиусом около десяти километров может иметь напряженность магнитного поля в десять квадриллионов гаусс на поверхности», — говорят исследователи. И это уже будет магнетар.
