Neki beli patuljci poseduju magnetno polje reda kilo Gausa do giga Gausa. Nova studija ispituje kako dolazi do formiranja magnetnih polja belih patuljaka.

Slika 1. Beli patuljak i linije magnetnog polja, umetnička vizija. Izvor slike: http://aasnova.org

Beli patuljci, kompaktni ostaci zvezda malih i srednjih masa, poseduju magnetno polje hiljadama pa i milijardama puta snažnije od zemaljskog. Pitanje je kako dolazi do formiranja ovih polja.

Razne teorije o formiranju magnetnog polja

Od svih posmatranih belih patuljaka magnetno polje je uspešno detektovano kod svakog petog, odnosno desetog belog patuljka. Postoji nekoliko teorija koje objašnjavaju nastanak.

Jedna od mogućnosti jeste ona da je magnetno polje "fosilizirano", odnosno da je došlo do njegovog pojačavanja tokom evoluiranja zvezdanog jezgra u belog patuljka.

Druga mogućnost jeste da je u pitanju interakcija u binarnom sistemu. Naime, tokom formiranja belog patuljka u ovakvom sistemu magnetno polje je pojačano usled dinamo efekta tokom spajanja dve zvezde.

Kao treća mogućnost  navode se i neki drugi fizički procesi koji su došli do izražaja tokom hlađenja belog patuljka. Tim naučnika koji predvodi Žordi Isern, Institut za svemirska istraživanja CSIS u Kataloniji (Španija) je u skorašnje vreme objavio rezultate na osnovu razmatranja predhodno navedene treće mogućnosti.

Dinamo pogonjen kristalizacijom

Beli patuljci su, kao što je gore rečeno ostaci zvezda, odnosno zvezdanih jezgara kod kojih su nuklearni procesi okončani tako da u centrima belih patuljaka nema nuklearne fuzije. Kao rezultat, beli patuljak zrači energiju u okolni prostor i postepeno se hladi. Tokom procesa hlađenja, dolazi do zanimljive transformacije unutrašnje strukture belog patuljka: u početku beli patuljak predstavlja tečnost, odnosno jonizovanu mešavinu ugljenika i kiseonika (sa tragovima elemenata kao što su nikl i gvožđe) i koja tokom hlađenja prelazi u čvrstu kristalnu supstancu.

Kristalna faza belog patuljka je bogata kiseonikom i koji je gušći nego onaj u tečnoj fazi tako da dolazi do potonuća kristala ka centru tokom očvršćavanja. Kao rezultat procesa prelaska kiseonika u čvrstu fazu, dolazi do pojave čvrstog jezgra bogatog kiseonikom i tečnog omotača bogatog ugljenikom i u celini predstavlja nestabilnu tvorevinu po Rejlajt – Tejloru: tokom kristalizacije sve više materije koja je očvrsla tone ka jezgru.

Istraživanje na osnovu analitičkog modeliranja procesa sprovedena od Isernovog tima ukazuje na to da nestabilnosti u konvektivnoj zoni (omotač) može prouzrokovat dinamo efekat koji je dovoljno moćan da proizvede magnetno polje koje je izmereno kod nekih belih patuljaka.

Slika 2. Unutrašnja i spoljašnja granica konvektivnog omotača mešavine ugljenika i kiseonika za dva bela patuljka različite mase (slika podeljena na gornji i donji deo) u funkciji luminoznosti. Kako se beli patuljak hladi (kretanje na graficima u desno) omotač postaje tanji usled kristalizacije i zaustavljanja materijala. Izvor slike: Isern, 2017 

Univerzalnost procesa?

Čvrsto jezgro i nestabilan tečni omotač iznad je upravo takva struktura kakvu očekujemo kod planeta kakve su Zemlja i Jupiter. Magnetna polja pomenutih planeta su slična iz razloga što su generisana dinamo efektom u procesu hlađenja i hemijske separacije u unutrašnjosti. Takođe, intenzitet dobijenog polja je takav da je srazmerno veći kako rastu dimenzije razmatranog objekta poput T Tauri zvetda, na primer.

Ukoliko se magnetno polje belog patuljka generiše istim dinamo efektom, to može značiti da je u pitanju univerzalni princip stvaranja magnetnog polja astrofizičkih objekata, sobzirom da je u pitanju proces generisanja koji bi mogao da bude učinkovit.

Slika 3. Gustina magnetnog polja u funkciji energije dinamo efekta. Grafici predstavljaju Zemlju i Jupiter (crne tačke), T Tauri zvezde (ljubičaste tačke) i dva tipa belih patuljaka (plave i crvene tačke). Postavlja se pitanje: jesu li sve ove tačke u nekoj korelaciji? Izvor slike: Isern, 2017.

Izvor teksta: http://aasnova.org