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磁场可能让死星突破宇宙最著名的质量极限。近一个世纪以来,天文学家一直将钱德拉塞卡

磁场可能让死星突破宇宙最著名的质量极限。

近一个世纪以来,天文学家一直将钱德拉塞卡极限视为一道铁壁:大约是太阳质量的1.4倍,是白矮星在引力获胜并预期以Ia型超新星形式爆炸之前所能容纳的最大质量。新演化模拟现在表明,这道天花板并非绝对。强大的内部磁场可以支撑某些白矮星达到远更高的质量——一个模型达到了约2.4倍太阳质量。

从随意想法到完整演化轨迹这个想法起源于2011年的一次随意讨论。印度科学研究所的Banibrata Mukhopadhyay交给一名暑期学生一个简单问题:检查磁场是否能违反钱德拉塞卡极限。十多年后,这个粗略计算的问题已演变为一项详细的恒星演化模拟,由博士生Zenia Zuraiq领导,并在《天体物理学杂志快报》上发表。

白矮星是恒星耗尽燃料并脱落外层后留下的致密、地球大小的核心。通常,它们仅由电子简并压强支撑——一种抵抗进一步压缩的量子效应。当质量接近1.4倍太阳质量时,这种支撑失效,密度急剧上升,碳点燃,并可能引发热核失控反应,产生Ia型超新星。由于这些爆炸长期被假设源于接近相同质量极限,因此它们的峰值亮度被视为大致标准化,使其成为揭示宇宙加速膨胀的“标准烛光”。

磁场支撑如何增强团队修改了STARS恒星演化代码,加入磁场和白矮星冷却机制,然后追踪恒星从主序阶段一直到白矮星阶段。他们将生成的白矮星置于双星系统中,使其能从伴星吸积质量。

随着白矮星获得质量,它收缩并变得更致密。这种压缩放大了内部磁场。更强的磁场提供了额外压强,帮助恒星抵抗自身引力,从而允许其支撑比单纯简并压强许可的更多质量。质量-半径关系发生变化,根据磁场的强度和几何形状,出现新的、更高的质量极限。

在一次具体运行中,一颗8倍太阳质量的主序星演化为1.02倍太阳质量的碳氧白矮星。以每年\(10^{-9}\)倍太阳质量的速率摄入物质,磁化版本攀升至约2.4倍太阳质量的极限质量。相同的非磁化模型则停留在经典的1.4倍太阳质量。在磁化情况下,中心磁场强度上升到巨大值(数十万亿高斯),提供了额外的支撑。

为什么重要让白矮星变得更重的相同磁压也能使其在给定质量下比预期更大,为一些观测到的相对于标准模型显得“膨胀”的白矮星提供自然解释。

对于宇宙学而言,赌注更高。如果一部分Ia型超新星源于磁化、超钱德拉塞卡前身体,它们的光度可能不遵循与普通超新星相同的校准。理解这种多样性可能完善我们利用这些爆炸来绘制宇宙膨胀历史的方式。

这项工作并未声称已观测到2.4倍太阳质量的白矮星;它展示了在合理条件下,普通恒星演化加上强大内部磁场能产生它们。一个起初随意的疑问如今证明了一条通往天体物理学最著名极限之外的具体路径。承包笑点碎碎念