Какво представляват белите джуджета?
Белите джуджета са звезди, състоящи се от електронно-ядрена плазма, лишена от
Най-близкото известно бяло джудже е Сириус В,разположен на 8,6 светлинни години. Предполага се, че сред стоте най-близки до Слънцето звездни системи, осем звезди са бели джуджета. Понастоящем белите джуджета съставляват, според различни оценки, от 3 до 10% от звездната популация на нашата галактика (несигурността на оценката се дължи на трудността да се наблюдават отдалечени бели джуджета поради ниската им светимост).
Белите джуджета се образуват в процеса на еволюциятазвезди, чиято маса е недостатъчна, за да се превърне в неутронна звезда, а именно не надвишава около 10 слънчеви маси, което в нашата галактика представлява повече от 97% от общата. Когато звезда от главната последователност с ниска или средна маса завърши сливането на водород в хелий, тя се разширява, за да се превърне в червен гигант.
Червеният гигант се поддържа от термоядренреакции на превръщане на хелий във въглерод и кислород. Ако масата на червения гигант е недостатъчна, за да повиши температурата на ядрото до нивото, необходимо за термоядрени реакции, включващи получения въглерод, той се натрупва в ядрото на звездата заедно с кислорода.
Звездата хвърля външната си обвивка, образувайки планетарна мъглявина, а предишното ядро на звездата се превръща в бяло джудже, направено от въглерод и кислород.
Бяло джудже Сириус Б (със стрелка) до ярък Сириус А. Снимка от телескопа Хъбъл
Произходът на белите джуджета
При обяснението на генезиса на белите джуджета ключътДве идеи изиграха роля: идеята на астронома Ернст Епик, че червените гиганти се образуват от звезди с основна последователност в резултат на изгарянето на ядрено гориво, и предположението на астронома Василий Фесенков, че звездите от основната последователност трябва да загубят маса и т.н. загубата на маса трябва да има значително влияние върху еволюцията на звездите. Тези предположения бяха напълно потвърдени.
- Контракция на бели джуджета
Теоретиците прогнозираха, че младите белиджуджетата на ранен етап от еволюцията трябва да се свият. Според изчисленията, поради постепенното охлаждане, радиусът на типично бяло джудже може да намалее с няколкостотин километра през първите милиони години от съществуването му.
През 2017 г. руски астрофизици отДържавният астрономически институт на името на Московския държавен университет П. К. Щернберг, Институтът по астрономия на Руската академия на науките, Институтът по теоретична и експериментална физика на името на А. И. Алиханов и Националният институт по астрофизика (Милано) под ръководството на проф. Сергей Борисович Попов за първи път в света документира откриването на младо бяло джудже с много бързо намаляващ радиус.
Руски учени и техните италиански помощнициизследва рентгеновото излъчване на двоичната система HD49798/RX J0648.0-4418, намираща се в съзвездието Куче на разстояние две хиляди светлинни години от Земята. Резултатите от изследването са публикувани в списаниетоМесечни известия на Кралското астрономическо обществопрез февруари 2018 г.
Фигура: 8. Екзотична двоична система PSR J0348 + 0432, състояща се от пулсар и бяло джудже, което се върти около него за 2,5 часа
Еволюция на белите джуджета
Белите джуджета започват своята еволюция като открити дегенерирали ядра на червени гиганти, които са изхвърлили черупката си - тоест като централни звезди на млади планетарни мъглявини.
Температурите на фотосферите на ядрата на младите планетарнимъглявините са изключително високи - например температурата на централната звезда на мъглявината NGC 7293 варира от 90 000 K (изчислено от абсорбционни линии) до 130 000 K (изчислено от рентгеновия спектър). При тези температури твърдите ултравиолетови и меки рентгенови лъчи представляват по-голямата част от спектъра.
В същото време наблюдаваните бели джуджета в технитеспектрите се разделят предимно на две големи групи - "водороден" спектрален клас DA, в чиито спектри няма хелиеви линии, които съставляват ~80% от популацията на белите джуджета, и "хелиев" спектрален клас DB без водородни линии в спектрите, съставляващи повечето от останалите 20% популации.
Причината за тази разлика в състава на атмосферите на белитеджуджетата отдавна остават неясни. През 1984 г. Ико Ибен разглежда сценарии за „излизане“ на бели джуджета от пулсиращи червени гиганти, разположени на асимптотичния гигантски клон при различни фази на пулсация.
Късен етап
На късен етап от еволюцията при червените гиганти сс маси до десет слънчеви, в резултат на „изгарянето“ на хелиевото ядро се образува дегенерирано ядро, състоящо се главно от въглерод и по-тежки елементи, заобиколено от източник на недегенериран хелиев слой, в който протича тройна хелиева реакция възниква.
От своя страна над него има слойизточник на водород, в който протичат термоядрени реакции от цикъла на Бете, превръщайки водорода в хелий, заобиколен от водородна обвивка; по този начин външният източник на водороден слой е „производителят“ на хелий за източника на хелиев слой.
Изгарянето на хелий в слой източник е обект натермична нестабилност поради изключително висока температурна зависимост и това се утежнява от по-високата скорост на превръщане на водорода в хелий в сравнение със скоростта на изгаряне на хелий; резултатът е натрупване на хелий, неговото компресиране до започване на дегенерация, рязко увеличаване на скоростта на тройната хелиева реакция и развитиетослой хелий флаш,
Фигура: 5. Планетна мъглявина NGC 3132: двойна звезда в центъра - аналог на Сириус
Как може светлината от бели джуджета да помогне на учените?
- Планетарни системи
В ново проучване астрономи, водени отМарк А. Холанд показва, че след смъртта на звезда не всички доказателства за съществуването на планетарна система изчезват от картата на Галактиката.
Ако планетите останат в системата или техните голиядра, тогава гравитационното взаимодействие между тях може да доведе до евентуално падане на фрагментите върху останките на родителската звезда. Този остатък от звезда, наречен бяло джудже, е съставен почти изцяло от въглерод и кислород, заобиколен от плътна, но тънка обвивка от водород и хелий.
Естествено, всеки предмет, който се появи същоблизо, ще бъдат разкъсани на парчета от екстремната гравитация на бялото джудже и фрагментите му ще паднат на повърхността на звездата, където ще се смесят с водорода и хелия на черупките.
Литий, калций, открит във фотосферите джуджетаи натрий, докато магнезий, калий, хром и желязо са открити и в случая на джуджето LHS 2534. Съставът на кластичния материал, който попада върху изследваните бели джуджета, е обогатен с литий и изчерпан с калций в сравнение с телата на Слънчевата система и най-много съответства на съдържанието, намиращо се в земната кора на континента.
След като удари звездата, елементите, включени всъставът на унищожения обект, като литий и калций, започват да излъчват собствена светлина с уникални спектрални характеристики, позволяващи недвусмисленото им идентифициране.
Повечето бели джуджета също сагорещо, а тяхната ярка светлина затруднява виждането на замърсяване. Неотдавнашната мисия Gaia помогна да се картографират десетки древни, хладни бели джуджета, а астрономите откриха ясни признаци на планетни кости в атмосферата на тези звезди.
Фигура: 3. Популация на бели джуджета в кълбовидния звезден куп NGC 6397. Сини квадрати - хелиеви бели джуджета, лилави кръгове - "нормални" бели джуджета с високо съдържание на въглерод
В случая на системата WD беше забелязан J2317+1830излишно инфрачервено лъчение, показващо продължаващо натрупване на отломки от околозвездния диск върху джуджето, с обща скорост на натрупване, оценена на 3 × 106 грама в секунда.
Като се има предвид, че родоначалникът на този бялДжуджето може да бъде звезда с маса 4,8 пъти масата на Слънцето и идеята за образуването на планети след смъртта на звездата се счита за неуспешна, това доказва идеята, че звездите от спектрален тип В образуват планетарна системи и оцелеят до етапа на бяло джудже.
- екзопланети
В допълнение, WD J2317 + 1830 е един отнай-старите системи, където биха могли да се образуват диференцирани скалисти планети. Всичко това дава възможност да се наложат ограничения върху моделите на планетарните формации, които е изключително трудно да се получат от наблюдения на планети около звезди от главната последователност или гиганти.
Как помага това?
Според учените откритието хвърля светлинавърху процесите, протичащи в нашата Вселена, в която много поколения планетарни системи са се сменили за 13 милиарда години съществуване.
Прочетете още
Погледнете изображение на Марс с 8 трилиона пиксела
Учените са разработили заместител на теорията на относителността. Каква е същността на „теорията на всичко“?
Учените са открили доказателства за кръстосване на съвременни хора с неандерталци