Co jsou to bílí trpaslíci?
Bílí trpaslíci jsou hvězdy složené z elektron-jaderného plazmatu, které postrádá
Nejbližší známý bílý trpaslík je Sirius B,nachází se 8,6 světelných let daleko. Předpokládá se, že mezi stovkou nejbližších hvězdných systémů ke Slunci jsou osm hvězd bílí trpaslíci. V současné době tvoří bílí trpaslíci podle různých odhadů 3 až 10% hvězdné populace naší galaxie (nejistota odhadu je způsobena obtížností pozorování vzdálených bílých trpaslíků kvůli jejich nízké svítivosti).
Bílí trpaslíci vznikají během vývoje hvězd, jejichž hmotnost je nedostatečná k tomu, aby se staly neutronovou hvězdou, tedy nepřesahujícíasi 10krát hmotnější než Slunce, což je v naší galaxii více než 97 % hmotnosti Slunce.Když skončí hvězda hlavní posloupnosti s nízkou nebo střední hmotnostíPřeměňuje vodík na hélium, rozpíná se a stává se červeným obrem.
Rudý obr je podporován termonukleárními reakcemi, které přeměňují hélium na uhlík a kyslík.Pokud hmotnost rudého obra není dostatečná ke zvýšení teploty jádra na úroveň nezbytnou pro termonukleární reakce zahrnující výsledný uhlík, dojde k tomuJeho akumulace v jádru hvězdy spolu s kyslíkem.
Hvězda vrhá svůj vnější plášť a vytváří planetární mlhovinu a z bývalého jádra hvězdy se stává bílý trpaslík vyrobený z uhlíku a kyslíku.
Bílý trpaslík Sirius B (šipka) vedle jasného Siriuse A. Fotografie pořízená Hubbleovým dalekohledem
Původ bílých trpaslíků
Při vysvětlování vzniku bílých trpaslíků je klíčRoli hrály dvě myšlenky: myšlenka astronoma Ernsta Epika, že červené obry vznikají z hvězd hlavní sekvence v důsledku vyhoření jaderného paliva, a předpoklad astronoma Vasilije Fesenkova, že hvězdy hlavní sekvence by měly ztrácet hmotnost, a taková ztráta hmotnosti by měla mít významný dopad o vývoji hvězd. Tyto předpoklady byly plně potvrzeny.
- Kontrakce bílých trpaslíků
Teoretici předpovídali, že mladí bílí trpaslíci by se měli zhroutit v rané fázi svého vývoje.Podle výpočtů může poloměr typického bílého trpaslíka v důsledku postupného ochlazovánízmenšit se o několik stovek kilometrů za první milion let existence.
V roce 2017 ruští astrofyzici zStátní astronomický ústav pojmenovaný po Moskevské státní univerzitě P. K. Sternberga, Astronomický ústav Ruské akademie věd, Ústav teoretické a experimentální fyziky pojmenovaný po A. I. Alikhanovovi a Národní institut astrofyziky (Milán) pod vedením profesora Sergeje Borisoviče Popov poprvé na světě zdokumentoval objev mladého bílého trpaslíka s velmi rychle se zmenšujícím poloměrem.
Ruští vědci a jejich italští asistentistudovali rentgenovou emisi binárního systému HD49798/RX J0648.0-4418, který se nachází v souhvězdí Puppis ve vzdálenosti dvou tisíc světelných let od Země. Výsledky výzkumu byly publikovány v časopiseMěsíční oznámení Královské astronomické společnostiv únoru 2018.
Postava: 8. Exotický binární systém PSR J0348 + 0432, skládající se z pulsaru a bílého trpaslíka, který se kolem něj točí za 2,5 hodiny
Vývoj bílých trpaslíků
Bílí trpaslíci začínají svůj vývoj jako obnažená degenerovaná jádra červených obrů, která se zbavila své obálky – tedy jako centrální hvězdy mladých planetárních mlhovin.
Teploty fotosfér jader mladé planetymlhoviny jsou extrémně vysoké - například teplota centrální hvězdy mlhoviny NGC 7293 se pohybuje od 90 000 K (odhad z absorpčních čar) do 130 000 K (odhad z rentgenového spektra). Při těchto teplotách tvoří většinu spektra tvrdé ultrafialové a měkké rentgenové záření.
Přitom pozorovaní bílí trpaslíci v jejichspektra se převážně dělí na dvě velké skupiny – „vodíkovou“ spektrální třídu DA, v jejíchž spektrech nejsou žádné héliové čáry, které tvoří ~80 % populace bílých trpaslíků, a „heliovou“ spektrální třídu DB bez vodíkových čar ve spektrech, které tvoří většinu zbývajících 20 % populací.
Důvod tohoto rozdílu ve složení atmosféry bílýchtrpaslíci dlouho zůstávali nejasní. V roce 1984 Iko Iben zvažoval scénáře „východu“ bílých trpaslíků z pulzujících červených obrů umístěných na asymptotické obří větvi v různých fázích pulzování.
Pozdní fáze
V pozdním stádiu evoluce rudí obři o hmotnosti až 10 hmotností Slunce "vyhoří" z jádra hélia a vytvoří degenerované jádro, skládající se převážně z uhlíku a těžších prvků, obklopené nedegenerovaným zdrojem héliové vrstvy, ve kterém jeTrojitá reakce helia.
Nad ním je zase vrstvený zdroj vodíku, ve kterémtermonukleární reakce Betheho cyklu přeměny vodíku na hélium obklopené vodíkovým obalem; Externí zdroj vodíkové vrstvy je tedy "producentem" helia pro zdroj heliové vrstvy.
Spalování hélia ve vrstveném zdroji podléhá tepelné nestabilitě v důsledku extrémně vysoké závislosti nateplota, a to je zhoršeno vyšší rychlostí přeměny vodíku na helium ve srovnání s rychlostí hoření helia; Výsledkem je akumulace helia, jeho stlačení až do bodu degenerace, prudké zvýšení rychlosti trojité heliové reakce a rozvojvrstva helium flash.
Postava: 5. Planetární mlhovina NGC 3132: dvojitá hvězda ve středu - analog Sirius
Jak může světlo bílých trpaslíků pomoci vědcům?
- Planetární systémy
V nové studii astronomové pod vedením Marka A.Hollands) ukazují, že po smrti hvězdy nezmizí všechny důkazy o existenci planetárního systémuz mapy Galaxie.
Pokud planety nebo jejich holá jádra zůstanou v systému, pak gravitační interakce mezi nimi můžezpůsobí, že úlomky nakonec spadnou do zbytků mateřské hvězdy.Tyto pozůstatky hvězdy, nazývané bílý trpaslík, jsou složeny téměř výhradně z uhlíku a kyslíku obklopených hustou, ale tenkou obálkou z vodíku a hélia.
Přirozeně každý předmět, který se také objevíblízko, bude roztrhán na kusy extrémní gravitací bílého trpaslíka a jeho fragmenty padnou na povrch hvězdy, kde se smísí s vodíkem a héliem granátů.
Lithium, vápník nacházející se v trpasličích fotosférácha sodík, zatímco hořčík, draslík, chrom a železo byly nalezeny také v případě trpasličího LHS 2534. Složení klastického materiálu, který dopadá na studované bílé trpaslíky, je obohaceno o lithium a ochuzeno o vápník ve srovnání s těly sluneční soustavy a nejvíce odpovídá obsahu nalezenému v kontinentální kůře Země.
Po dopadu na hvězdu se začnou objevovat prvky, které byly součástí zničeného objektu, jako je lithium a vápníkvyzařuje vlastní světlo s jedinečnými spektrálními charakteristikami, které umožňují jednoznačnou identifikaci.
Většina bílých trpaslíků takéhorké a jejich jasné světlo ztěžuje vidění jakékoli kontaminace. Nedávná mise Gaia však pomohla zmapovat desítky starodávných, chladných bílých trpaslíků a astronomové objevili jasné známky planetárních kostí v atmosférách těchto hvězd.
Postava: 3. Populace bílých trpaslíků v kulové hvězdokupě NGC 6397. Modré čtverce - heliové bílé trpaslíky, fialové kruhy - „normální“ bílí trpaslíci s vysokým obsahem uhlíku
V případě systému WD J2317 1830 byl pozorován přebytek infračerveného záření, což říkáCelková rychlost akrece se odhaduje na 3×106 gramů za sekundu.
Vzhledem k tomu, že předek této bíléTrpaslík by mohl být hvězdou o hmotnosti 4,8násobku hmotnosti Slunce a myšlenka na formování planet po smrti hvězdy byla uznána jako neúspěšná, což dokazuje myšlenku, že hvězdy spektrálního typu B se tvoří planetární systémy a přežít až do fáze bílého trpaslíka.
- Exoplanety
WD J2317 + 1830 je navíc jedním znejstarší systémy, kde se mohly tvořit diferencované skalní planety. To vše umožňuje uvalit na modely planetárního formování omezení, která je extrémně obtížné získat z pozorování planet kolem hvězd nebo obrů hlavní posloupnosti.
Jak to pomůže?
Podle vědců objev vrhá světlo na procesy probíhající v našem vesmíru, ve kterém se za 13 miliard let jeho existence změnilo mnoho generací planetárních systémů.
Přečtěte si více
Podívejte se na obraz Marsu o 8 bilionech pixelů
Vědci vyvinuli náhradu za teorii relativity. Co je podstatou „teorie všeho“?
Vědci našli důkazy o křížení moderních lidí s neandertálci