ZA Biały karzeł Jest to gwiazda w ostatnich stadiach swojej ewolucji, która zużyła już cały wodór w swoim jądrze, a także paliwo w swoim wewnętrznym reaktorze. W tych okolicznościach gwiazda ochładza się i kurczy zadziwiająco pod wpływem własnej grawitacji..
Przechowuje tylko ciepło podczas swojego istnienia, więc w pewnym sensie biały karzeł jest jak żar, który pozostaje po ugaszeniu kolosalnego ogniska. Muszą minąć miliony lat, zanim ostatnie tchnienie ciepła opuści ją, zmieniając ją w zimny i ciemny przedmiot..
Chociaż obecnie wiadomo, że są obfite, nigdy nie były łatwe do wykrycia, ponieważ są bardzo małe.
Pierwszego białego karła odkrył William Herschel w 1783 roku, jako część układu 40 gwiazd Eridani, w konstelacji Eridano, której najjaśniejszą gwiazdą jest Achernar, widoczną zimą na południu (na półkuli północnej).
40 Eridani składa się z trzech gwiazd, z których jedna, 40 Eridane A. jest widoczna gołym okiem, ale 40 Eridani B i 40 Eridani C jest znacznie mniejszych. B to biały karzeł, a C to czerwony karzeł.
Wiele lat później, po odkryciu układu 40 Eridani, niemiecki astronom Friedrich Bessel odkrył w 1840 roku, że Syriusz, najjaśniejsza gwiazda w Can Major, ma dyskretnego towarzysza.
Bessel zauważył małe falistości na trajektorii Syriusza, których wyjaśnieniem mogła być jedynie bliskość innej mniejszej gwiazdy. Nazywał się Syriusz B, około 10 000 razy ciemniejszy niż wspaniały Syriusz A..
Okazało się, że Syriusz B był równie mały lub mniejszy od Neptuna, ale miał niewiarygodnie dużą gęstość i temperaturę powierzchni 8000 K. A ponieważ promieniowanie Syriusza B odpowiada białemu widmowi, stał się znany jako „biały karzeł”.
Odtąd każda gwiazda o tych cechach jest tak nazywana, chociaż białe karły mogą być również czerwone lub żółte, ponieważ mają różne temperatury, z których najczęściej występuje biały..
Do chwili obecnej udokumentowano około 9 000 gwiazd sklasyfikowanych jako białe karły, zgodnie z Sloan Digital Sky Survey (SDSS), projektem poświęconym tworzeniu szczegółowych trójwymiarowych map znanego wszechświata. Jak powiedzieliśmy, nie są one łatwe do wykrycia ze względu na ich słabą jasność..
W pobliżu Słońca znajduje się sporo białych karłów, wiele z nich odkryli astronomowie G. Kuyper i W. Luyten na początku XX wieku. Dlatego jego główne cechy zostały zbadane ze względną łatwością, zgodnie z dostępną technologią. Do najwybitniejszych należą:
Dzięki temperaturze i jasności wiadomo, że ich promienie są bardzo małe. Biały karzeł, którego temperatura powierzchni jest zbliżona do temperatury Słońca, emituje zaledwie jedną tysięczną swojej jasności. Dlatego powierzchnia krasnala musi być bardzo mała..
Ta kombinacja wysokiej temperatury i małego promienia sprawia, że gwiazda wydaje się biała, jak wspomniano powyżej..
Jeśli chodzi o ich strukturę, spekuluje się, że mają one stałe jądro o charakterze krystalicznym, otoczone materią w stanie gazowym..
Jest to możliwe dzięki kolejnym przemianom zachodzącym w reaktorze jądrowym gwiazdy: od wodoru do helu, od helu do węgla i od węgla do cięższych pierwiastków..
Jest to realna możliwość, ponieważ temperatura w rdzeniu krasnala jest na tyle niska, że taki solidny rdzeń istnieje..
W rzeczywistości niedawno odkryto białego karła o średnicy 4000 km, znajdującego się w konstelacji Alfa Centauri, 53 lata świetlne od Ziemi..
Kwestia gęstości białych karłów wywołała wielką konsternację wśród astronomów na przełomie XIX i XX wieku. Obliczenia wskazały na bardzo duże gęstości.
Biały karzeł może mieć masę nawet 1,4 razy większą niż nasze Słońce, skompresowane do rozmiarów Ziemi. W ten sposób jego gęstość jest milion razy większa niż gęstość wody i to właśnie ona utrzymuje białego karła. Jak to jest możliwe?
Mechanika kwantowa twierdzi, że cząstki, takie jak elektrony, mogą zajmować tylko określone poziomy energii. Ponadto istnieje zasada, która ogranicza rozmieszczenie elektronów wokół jądra atomowego: zasada wykluczenia Pauliego..
Zgodnie z tą właściwością materii niemożliwe jest, aby dwa elektrony miały ten sam stan kwantowy w tym samym układzie. Co więcej, w zwykłej materii nie wszystkie dozwolone poziomy energii są zwykle zajęte, tylko niektóre są..
To wyjaśnia, dlaczego gęstości substancji ziemskich są rzędu kilku gramów na centymetr sześcienny..
Każdy poziom energii zajmuje określoną objętość, więc region zajmujący jeden poziom nie nakłada się na inny. W ten sposób dwa poziomy o tej samej energii mogą bez problemu współistnieć, o ile nie nakładają się, ponieważ istnieje siła degeneracji, która temu zapobiega..
Tworzy to rodzaj bariery kwantowej, która ogranicza kurczenie się materii w gwieździe, tworząc ciśnienie, które kompensuje zapadanie grawitacyjne. W ten sposób zachowana jest integralność białego karła.
W międzyczasie elektrony wypełniają wszystkie możliwe pozycje energii, szybko wypełniając te najniższe i tylko te o najwyższej energii są dostępne..
W tych okolicznościach, przy zajętych wszystkich stanach energetycznych, materia znajduje się w stanie, który nazywa się w fizyce stan zdegenerowany. Jest to stan maksymalnej możliwej gęstości, zgodnie z zasadą wykluczenia.
Ale ponieważ niepewność położenia △ x elektronów jest minimalna, ze względu na dużą gęstość, zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga, niepewność w momencie liniowym △ p będzie bardzo duża, aby skompensować małą wartość △ x i spełnić Więc:
△ x △ p ≥ ћ / 2
Gdzie ћ to h / 2π, gdzie h to stała Plancka. W ten sposób prędkość elektronów zbliża się do prędkości światła, a ciśnienie, które wywierają, wzrasta, ponieważ zwiększają się również zderzenia..
To ciśnienie kwantowe, tzw ciśnienie Fermiego, jest niezależna od temperatury. Dlatego biały karzeł może mieć energię w dowolnej temperaturze, w tym zera absolutnego..
Dzięki obserwacjom astronomicznym i symulacjom komputerowym formowanie się typowej gwiazdy, takiej jak nasze Słońce, odbywa się w następujący sposób:
Najprawdopodobniej nasze Słońce, ze względu na swoje właściwości, przechodzi przez opisane etapy. Dziś Słońce jest dorosłą gwiazdą w głównej sekwencji, ale wszystkie gwiazdy w pewnym momencie ją opuszczają, wcześniej czy później, chociaż większość swojego życia spędza właśnie tam..
Przejście do kolejnego etapu czerwonego olbrzyma zajmie wiele milionów lat. Kiedy to się stanie, Ziemia i inne planety wewnętrzne zostaną pochłonięte przez wschodzące Słońce, ale wcześniej oceany najprawdopodobniej wyparują, a Ziemia stanie się pustynią..
Nie wszystkie gwiazdy przechodzą przez te etapy. To zależy od jego masy. Te, które są znacznie masywniejsze od Słońca, mają znacznie bardziej spektakularne zakończenie, ponieważ kończą jako supernowe. Pozostałością w tym przypadku może być osobliwy obiekt astronomiczny, taki jak czarna dziura lub gwiazda neutronowa..
W 1930 roku 19-letni hinduski astrofizyk Subrahmanyan Chandrasekhar ustalił istnienie masy krytycznej w gwiazdach..
Gwiazda, której masa jest poniżej tej wartości krytycznej, podąża ścieżką białego karła. Ale jeśli jego masa jest na szczycie, jego dni kończą się kolosalną eksplozją. To jest granica Chandrasekhara i stanowi około 1,44 masy naszego Słońca..
Oblicza się go w następujący sposób:
Tutaj N to liczba elektronów na jednostkę masy, ћ to stała Plancka podzielona przez 2π, c to prędkość światła w próżni, a G to uniwersalna stała grawitacyjna.
Nie oznacza to, że gwiazdy większe od Słońca nie mogą stać się białymi karłami. Gwiazda podczas swojego pobytu w głównej sekwencji nieustannie traci masę. Robi to również na etapie swojego czerwonego olbrzyma i mgławicy planetarnej..
Z drugiej strony, po przemianie w białego karła, potężna grawitacja gwiazdy może przyciągać masę innej pobliskiej gwiazdy i zwiększać swoją własną. Po przekroczeniu limitu Chandrasekhara koniec krasnoluda - i drugiej gwiazdy - może nie być tak wolny, jak ten opisany tutaj.
Ta bliskość może ponownie uruchomić wymarły reaktor jądrowy i doprowadzić do ogromnej eksplozji supernowej (supernowej Ia).
Kiedy wodór w jądrze gwiazdy zostanie przekształcony w hel, zaczyna on łączyć atomy węgla i tlenu.
A kiedy z kolei wyczerpie się rezerwa helu, biały karzeł składa się głównie z węgla i tlenu, a w niektórych przypadkach z neonu i magnezu, o ile jądro ma wystarczające ciśnienie, aby syntetyzować te pierwiastki..
Prawdopodobnie karzeł ma cienką atmosferę helu lub wodoru, ponieważ grawitacja powierzchniowa gwiazdy jest wysoka, ciężkie pierwiastki mają tendencję do gromadzenia się w środku, pozostawiając lżejsze na powierzchni..
U niektórych karłów istnieje nawet możliwość fuzji atomów neonu i utworzenia stałych jąder żelaza.
Jak powiedzieliśmy w poprzednich akapitach, biały karzeł tworzy się po wyczerpaniu przez gwiazdę rezerw wodoru. Następnie pęcznieje i rozszerza się, a następnie wyrzuca materię w postaci mgławicy planetarnej, pozostawiając jądro wewnątrz..
Ten rdzeń, złożony ze zdegenerowanej materii, jest tak zwany białym karłem. Po wyłączeniu reaktora termojądrowego kurczy się i powoli ochładza, tracąc całą swoją energię cieplną i jasność..
Do klasyfikacji gwiazd, w tym białych karłów, używa się typu widmowego, który z kolei zależy od temperatury. Aby nazwać gwiazdy karłowate, używa się dużej litery D, po której następuje jedna z tych liter: A, B, C, O, Z, Q, X. Te inne litery: P, H, E i V oznaczają inną serię cech bardzo dużo bardziej szczegółowe.
Każda z tych liter oznacza wyróżniającą się cechę widma. Na przykład gwiazda DA to biały karzeł, którego widmo ma linię wodoru. A karzeł DAV ma linię wodoru, a dodatkowo V wskazuje, że jest to gwiazda zmienna lub pulsująca.
Na koniec do serii liter dodaje się liczbę od 1 do 9, aby wskazać indeks temperatury n:
n = 50400 / efektywne T gwiazdy
Inna klasyfikacja białych karłów opiera się na ich masie:
- Syriusz B w konstelacji Can Major, towarzysz Syriusza A, najjaśniejszej gwiazdy na nocnym niebie. To najbliższy biały karzeł ze wszystkich.
- AE Aquarii to biały karzeł, który emituje impulsy promieniowania rentgenowskiego.
- 40 Eridani B, odległe 16 lat świetlnych. Można to obserwować za pomocą teleskopu.
- HL Tau 67 należy do konstelacji Byka i jest zmiennym białym karłem, pierwszym tego rodzaju odkrytym.
- DM Lyrae jest częścią układu podwójnego i jest białym karłem, który eksplodował jako nowa w XX wieku.
- WD B1620 to biały karzeł, który również należy do układu podwójnego. Gwiazda towarzysząca to pulsująca gwiazda. W tym układzie istnieje planeta, która okrąża ich obie.
- Procyon B, towarzysz Procyona A, w gwiazdozbiorze Małego Psa.
Jeszcze bez komentarzy