Бели патуљци: карактеристична, фотографија

У универзуму, материја је често у државама које су прилично екстремне за нашу планету. Нема високих температура и притисака, јаких гравитационих и магнетних поља, интензивне тврде радијације, због чега би се, у ствари, могла појавити и развити комплексна биосфера. Међутим, екстремност неког објекта је велика конвенција, јер за свемир таква стања материје су прилично уобичајена. Човечанство је прво за њих сазнало открићем посебне класе звијезда - бијелих патуљака.

Откривање чудних објеката

Историја истраживања необичних звезда почела је почетком 20. века, када су астрономи комбиновали резултате посматрања неколико блиско размакнутих вишеструких звезданих система - 40 Еридана, Сириуса и Проциона. Показало се да у сваком од ових система једна од компоненти карактерише чудна комбинација својстава. Њихови орбитални параметри показали су прилично велику масу, упоредиву са масом обичне звезде; спектралне карактеристике су показале високу температуру. Сјајност ових објеката се показала веома ниском - били су слаби, замагљени звездице.

1917. године откривен је први појединачни објекат са сличним својствима - звезда Ван Маанена, лоцирана 14 светлосних година од Сунца. Маса му је 0,7 соларних маса, ау исто вријеме наше Сунце зрачи више од пет тисућа пута снажније од звијезде Ван Маанен, назване по свом проналазачу - холандском астроному који је радио у Сједињеним Државама.

Године 1922., још један холандски Американац, В. Иа Леитен, који је открио неколико таквих објеката, предложио је име за ову класу звезда, коју и данас користимо: "бијели патуљак". Овде израз "бели" значи "вруће" и повезан је са спектралним карактеристикама.

Мало о еволуцији звезда

Кључни параметар свих звезда је маса. Она поставља интензитет свих процеса који се одвијају у звезди, јер притисак, густина и, сходно томе, температура супстанце у њеним дубинама зависе од масе звезде. И што су веће вредности ових количина, већа је вероватноћа сваког чина термонуклеарна фузија, то јест, наставља се са већим интензитетом. Стабилност звезде одржава се равнотежом између силе њене гравитационе компресије и силе притиска који је истискује због ослобађања енергије током нуклеарних реакција.

Маса такође одређује трајање стабилног постојања звезде док се водоник не исцрпи као термонуклеарно гориво (фаза "главне секвенце") и њена каснија судбина. На крају овог периода живота, звезде, у зависности од своје масе, доживљавају одређене промене, а резултат је њихова трансформација у објекте једног од три типа: белих патуљака, неутронских звезда или црних рупа. Бићемо заинтересовани за прву опцију.

Срце црвеног дива

Ако маса звезде не прелази одређени праг (1.44 Сунце масе, она је предодређена да постане патуљак. Како се то дешава? Након исцрпљивања водоника формира се густо језгро хелијума у ​​центру звезде - у суштини, шљака која се акумулирала током његовог трајања.

Енергија се више не одвраћа од центра, што значи да се температура и густоћа повећавају, јер је звезда компримирана својом гравитацијом. У неком тренутку они достижу такву вредност, при чему је хелиј већ способан да уђе у реакцију синтезе, формирајући угљеник. У овом тренутку, процеси се дешавају у љусци звезде, што доводи до његовог отицања и хлађења спољашњих региона. Звезда постаје црвени див.

Језгро црвеног дива има изотермна својства, углавном се не хлади емисијом зрачења са површине, већ као резултат енергије неутрина, честица за које је језгро прозирно.

Црвени див је нестабилна звезда. На крају, она губи своје спољашње слојеве - то ствара тако спектакуларне космичке појаве као планетарне маглине. Остаје само врућа хелијумска језгра с већим или мањим садржајем угљика и, у врло ниској концентрацији, тежи елементи (кисик). Ово језгро је бијели патуљак.

Гас дегенератион

Маса овог језгра је упоредива са масом Сунца, али је величина два реда величине мања од величине наше звезде. Отуда и закључак: густина белих патуљака је огромна. Може се кретати од стотина килограма до хиљада тона по кубном центиметру. Шта је супстанца у таквом стању: чврста или, можда, течност? Не, чврсте материје и течности не могу постојати на таквим густинама, које далеко превазилазе најкомпактније паковање атома у супстанци. Ово је посебно стање материје.

Због огромних притисака, електронске љуске атома у овом гасу су уништене. Супстанца је монструозно компримована плазма, чије понашање се може описати само уз употребу квантне механике. Електрони не могу имати иста квантна стања (“Паулијева забрана”), због чега њихове брзине заузимају различите вриједности. У обичном гасу, температура је повезана са брзином честица. У овом случају, без обзира на температуру коју има супстанца, брзине електрона нису ни на који начин повезане са њом и могу досећи релативистичке вредности. Такав електронски гас се назива дегенерисаним.

Цхандрасекхар'с Лимит

Притисак дегенерисаног гаса се даје његовом густином. Она, као и супротна сила гравитационе компресије, има директну зависност (али у различитом степену) од масе белих патуљака, а супротно - од њиховог радијуса. То јест, постоје такве масовне вриједности код којих ће притисак бити у равнотежи гравитације, што ће осигурати стабилно постојање патуљака. Ако се прекорачи критична вредност од 1,44 соларних маса, патуљак неће бити патуљак: притисак неће зауставити компресију, радијус ће се наставити смањивати и формираће се неутронска звезда.

Ова критична маса названа је Цхандрасекхар граница у част индијског физичара, који је доказао своје постојање 1931. године. Што је већа маса патуљка, то је мањи његов радијус. Сила гравитације на такве звезде је десет пута већа од силе Сунца. Међутим, Сунце је и даље испред у том смислу: предодређено је да постане као патуљак за неколико милијарди година.

О температури, величини и осветљености

Температура површине белих патуљака може достићи неколико десетина или чак више од стотину хиљада степени (Сунце има око 5800 К), а димензије су упоредиве са величином Земље, односно површина радијацијске површине је изузетно мала. Сада је јасно зашто они имају тако ниску осветљеност - они су само мали.

Они немају сопствене термонуклеарне изворе енергије, а њихова осветљеност је последица огромног снабдевања унутрашњом топлотом, у зависности од телесне тежине, него од старости. Патуљак се може јако дуго хладити - десетине или чак стотине милијарди година управо зато што емитује зрачење кроз малу површину. Млади врући патуљци се брже охлађују. Максимално њихово зрачење пада на рендгенске и тврде ултравиолетне опсеге. Дакле, на рендгенској слици Сириуса, сићушни Сириус Б је моћнији од Сириуса А - најсјајније звезде на небу земље.

Спектри и хемијски састав

Овим занимљивим објектима додијељена је посебна спектрална класа Д, у којој постоји неколико подкласа које су повезане са карактеристикама спектара који одражавају састав танке атмосфере патуљака.

Тако, атмосфера може бити водоник или хелијум, а може се карактерисати и присуством оба елемента и додатком тежих (све што је теже од хелијума у ​​астрономији се обично назива "метали"). Линије угљеника, кисеоника, калцијума, гвожђа (понекад је тешко објаснити њихово присуство) налазе се у спектрима многих белих патуљака.

Карактеристике састава подземља, према савременим моделима, су следеће: оне садрже доста угљеника и кисеоника (колико је "родитељска звезда" радила), као и хелијум са малом количином водоника. Језгра свих ових елемената формира решетку, а електрони су дегенерисани гас, тако да супстанца има нека својства која га приближавају металу, на пример, високу топлотну проводљивост.

Бели патуљци у уским бинарним системима

Патуљци могу бити део бинарних система чији су звездани саставни дијелови тако близу да размјењују материју. У овом случају, масивни, густи патуљак ће одвући пратећу супстанцу на себе.

Водоник из сусједне звијезде на врућој површини патуљка се загријава на температуру на којој почиње термонуклеарна фузија. У овом случају, постоји бљесак који се зове нова звијезда.

Ако, када водоник падне на патуљка, његова маса прелази Цхандрасекхарову границу, долази до колапса, праћеног експлозијом супернове типа Иа. Посматрање таквих супернова у удаљеним галаксијама је од великог интереса, јер светлост бакљи које имају исте карактеристике одређују удаљеност до галаксија.

Мистериозни објекти

Бели патуљак није феномен који је ријеткост у свемиру, али их је тешко посматрати због ниске освијетљености. Али понекад научници имају среће да пронађу занимљиве феномене.

На пример, у 1600 светлосних година од нас у сазвежђу Рака је блиски систем, формиран од два патуљка. Према астрономима, они су удаљени само 80.000 км - пет пута мање него са Земље на Месец. Период њиховог међусобног третмана је 5,4 минута. Могуће је да ће се ускоро спојити, и доћи ће до експлозије супернове. Како се испоставило да су компоненте овог система тако блиске заједно још није јасно.

Горе поменуте металне линије у спектрима патуљака. Научници верују да ови елементи могу указивати на уништење планета у процесу смрти родитељске звезде. Ко зна, можда у далекој будућности, све што је остало од наше планете биће трагови силиција, гвожђа и кисеоника у спектру патуљка у које ће се сунце окренути. Не треба се узнемиравати: то ће се догодити врло брзо.

Детаљи процеса који воде до рађања ових задивљујућих објеката такође нису у потпуности схваћени, а њихов модел еволуције је далеко од потпуне. Тако су бијели патуљци звијезде које астрофизичари још увијек имају много изненађења, упркос чињеници да повијест њиховог истраживања има више од стотину година.