Oprindelsen til hvide dværge
To ideer spillede en nøglerolle i at forklare tilblivelsen af hvide dværge: tanken
- Triple heliumreaktion og isotermiske kerner af røde giganter
Under udviklingen af stjerner, de vigtigstesekvens, brint "brænder ud" - nukleosyntese med dannelse af helium (se Bethe-cyklus). En sådan udbrændthed fører til et ophør af energifrigivelse i de centrale dele af stjernen, kompression og følgelig en stigning i temperatur og tæthed i dens kerne.
Stigningen i temperatur og tæthed i stjernekernenfører til forhold, hvor en ny kilde til termonuklear energi aktiveres: heliumforbrænding (tredobbelt heliumreaktion eller tredobbelt alfa-proces), der er karakteristisk for røde giganter og supergiants.
- Massetab og afskalning af skal af røde giganter
Nukleare reaktioner i røde kæmper forekommer ikkekun i kernen: Efterhånden som brint brænder ud i kernen, spredes heliumnukleosyntesen til stjernens stadig hydrogenrige områder og danner et sfærisk lag på grænsen mellem de brintfattige og brintrige områder.
En lignende situation opstår med den tredobbelte heliumreaktion: når helium brænder ud i kernen, koncentreres det også i et sfærisk lag ved grænsen mellem heliumfattige og heliumrige regioner.
Lysstyrken af stjerner med et sådant "dobbeltlag"områder af nukleosyntese øges betydeligt og når omkring flere tusinde lysstyrker af Solen, mens stjernen "svulmer" og øger dens diameter til størrelsen af Jordens kredsløb. Heliumnukleosyntesezonen stiger til stjernens overflade: massebrøkdelen inde i denne zone er ~70% af stjernens masse.
"Blæse op" er ledsaget af en ret intens udstrømning af stof fra stjernens overflade, objekter såsom protoplanetariske tåger observeres.
De nøjagtige mekanismer for massetab og yderligere konvolutudkast for sådanne stjerner er stadig uklare, men følgende faktorer kan antages, der kan bidrage til konvoluttabet:
- På grund af den ekstremt høje lysstyrke bliver lystrykket fra stjernens strålingsstrøm på dets ydre lag signifikant, hvilket ifølge de beregnede data kan føre til tab af konvolutten i flere tusinde år.
- På grund af ionisering af brint i de liggende regionerunder fotosfæren kan der udvikles stærk konvektiv ustabilitet. Solaktivitet har en lignende karakter, men i tilfælde af røde giganter skal kraften i konvektive strømme overstige solens kraftigt.
- I udvidede stjernekonvolutter kan deustabilitet udvikler sig, hvilket fører til stærke oscillerende processer ledsaget af en ændring i stjernens termiske regime. I fig. 4 observeres densitetsbølger af det materiale, der udstødes af stjernen, hvilket kan være konsekvenserne af sådanne udsving.
- Røde giganter med en "to-lags" termonukleartermiske pulsationer ledsaget af "omskiftning" af hydrogen- og helium-termonukleære kilder og intens massetab observeres af kilder, der er gået på et sent stadium af deres udvikling til den asymptotiske gren af giganter.
- Sammentrækning af hvide dværge
Teoretikere forudsagde, at unge hvidedværge på et tidligt stadium af evolutionen bør skrumpe ind. Ifølge beregninger kan radius af en typisk hvid dværg på grund af gradvis afkøling reduceres med flere hundrede kilometer i de første millioner år af dens eksistens.
I 2017 kom russiske astrofysikere fraStatens Astronomiske Institut opkaldt efter P.K. Sternberg Moscow State University, Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences, Institute of Theoretical and Experimental Physics opkaldt efter A.I. Alikhanov og National Institute of Astrophysics (Milano) under ledelse af professor Sergei Borisovich Popov, for første gang i verden, dokumenterede opdagelsen af en ung hvid dværg, meget hurtigt faldende radius.
Russiske videnskabsmænd og deres italienske assistenterstuderede røntgenudsendelsen af det binære system HD49798/RX J0648.0-4418, der ligger i stjernebilledet Puppis i en afstand af to tusinde lysår fra Jorden. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i tidsskriftetMånedlige meddelelser fra Royal Astronomical Societyi februar 2018
Egenskaber for hvide dværge
- Kemisk sammensætning
Den kemiske sammensætning af en hvid dværg bestemmes af det stadium, hvor termonukleære reaktioner inde i stamstjernen sluttede.
Hvis massen af den oprindelige stjerne er lille, er 0,08-0,5 masserSolen, som ikke er nok til at starte forbrændingen af helium, bliver sådanne stjerner efter at have opbrugt hele brintforsyningen heliumhvide dværge med en masse på op til 0,5 sol.
Hvis den oprindelige stjerne har en masse på 0,5-8masser af Solen, så er dette nok til en helium-flash, stjernens udvikling vil fortsætte i fasen af den røde kæmpe og stopper først, når heliumet brænder ud. Den resulterende degenererede kerne af en sådan stjerne bliver en carbon-oxygen hvid dværg med en masse på 0,5-1,2 sol.
Når den oprindelige stjerne har en masse på 8-12 solmasser,dette er nok til at begynde at brænde kulstof, stjernens udvikling vil fortsætte yderligere, og kulstof i dets indre kan behandles til tungere grundstoffer, især neon og magnesium. Og så kan dets sidste trin i udviklingen af en sådan stjerne være dannelsen af en ilt-neon-magnesium hvid dværg med en masse tæt på Chandrasekhar-grænsen.
Evolution af hvide dværge
Hvide dværge begynder deres udvikling som de blottede degenererede kerner af røde kæmper, der har fældet deres skal – altså som de centrale stjerner i unge planetariske tåger.
Temperaturerne på fotosfærerne af kernerne i den unge planetarisketåger er ekstremt høje - for eksempel ligger temperaturen i den centrale stjerne i tågen NGC 7293 i området fra 90.000 K (estimeret fra absorptionslinjer) til 130.000 K (estimeret fra røntgenspektret). Ved disse temperaturer udgør hårde ultraviolette og bløde røntgenstråler det meste af spektret.
Samtidig er de observerede hvide dværge i deresspektre er overvejende opdelt i to store grupper - "brint" spektralklasse DA, i hvis spektre der ikke er nogen heliumlinjer, som udgør ~80% af bestanden af hvide dværge, og "helium" spektralklasse DB uden brintlinjer i spektrene, der udgør de fleste af de resterende 20% populationer.
Årsagen til denne forskel i sammensætningen af hvide atmosfærerdværge forblev uklare i lang tid. I 1984 overvejede Iko Iben scenarier for hvide dværges "udgang" fra pulserende røde kæmper på den asymptotiske kæmpegren i forskellige pulsationsfaser.
På et senere udviklingsstadium, røde giganter medop til ti solmasser, som et resultat af "udbrændingen" af heliumkernen, dannes en degenereret kerne, der hovedsageligt består af kulstof og tungere grunde omgivet af en ikke-degenereret heliumlagskilde, hvor en tredobbelt heliumreaktion tager placere.
På ekstremt kort tid (~ 30 år) lysstyrkenaf heliumkilden øges så meget, at forbrændingen af helium går i konvektiv tilstand, udvides laget og skubber brintlagskilden ud, hvilket fører til dets afkøling og ophør af brintforbrænding. Efter at det overskydende helium er udbrændt under opblussen, falder heliumlagets lysstyrke, de ydre brintlag af den røde kæmpe komprimeres, og der opstår en ny antændelse af brintlagskilden.
Astronomiske fænomener, der involverer hvide dværge
Et træk ved udstrålingen af hvide dværge irøntgenområdet er det faktum, at den primære kilde til røntgenstråling for dem er fotosfæren, som skarpt adskiller dem fra "normale" stjerner: i sidstnævnte udstråler korona i røntgenstråler, opvarmet til flere millioner Kelvin , og temperaturen på fotosfæren er for lav til at udsende røntgenstråler.
I mangel af tilvækst, den hvide lysstyrke kildedværge er lageret af ioners termiske energi i deres tarme, så deres lysstyrke afhænger af alder. En kvantitativ teori om afkøling af hvide dværge blev bygget i slutningen af 1940'erne af professor Samuel Kaplan.
- Tilvækst på hvide dværge i binære systemer
Under udviklingen af stjerner med forskellige masser i binærsystemer, er komponenternes udviklingshastigheder ikke de samme, mens en mere massiv komponent kan udvikle sig til en hvid dværg, mens en mindre massiv kan forblive på hovedsekvensen på dette tidspunkt.
Til gengæld ved nedstigning i udviklingsprocessenen mindre massiv komponent fra hovedsekvensen og dens overgang til grenen af røde kæmper, størrelsen af en stjerne i udvikling begynder at vokse, indtil den fylder sin Roche-lap.
- Ikke-stationær tilvækst på hvide dværge iHvis ledsageren er en massiv rød dværg, fører det til udseendet af dværgnovaer (stjerner af U Gem (UG)) og novalignende katastrofale variable stjerner.
- Tilvækst på hvide dværge med stærkemagnetfelt er rettet mod regionen af den hvide dværgs magnetiske poler, og cyclotron-mekanismen for stråling af det tiltrækkende plasma i de nær-polære områder af dværgens magnetfelt forårsager en stærk polarisering af stråling i det synlige område (poler og mellemliggende poler ).
- Tilvækst på brintrige hvide dværgestof fører til dets ophobning på overfladen (bestående hovedsageligt af helium) og opvarmning til temperaturerne i heliumfusionsreaktionen, hvilket i tilfælde af udvikling af termisk ustabilitet fører til en eksplosion observeret som en burst af en ny stjerne.
- Tilstrækkelig lang og intens tilvæksten massiv hvid dværg fører til, at dens masse overstiger Chandrasekhar-grænsen og en termonuklear eksplosion, observeret som en supernova af type Ia. Et eksempel på en sådan begivenhed er eksplosionen af supernova SN 1572.
Dannelse af hvide dværgskiver
Forskere ved US Planetary Science Institute besluttedemysterium omkring dannelsen af affaldsskiver omkring hvide dværge. Disse diske er kendt for at dukke op kun 10-20 millioner år efter den røde kæmpe-stadie.
Under den røde kæmpefase mister stjernen en betydelig del af sin masse, før den bliver en kulstof-ilt-hvid dværg, på størrelse med Jorden og halvdelen af Solens masse.
På dette tidspunkt er banerne på eventuelle resterende planeterdestabiliseret, og asteroider kastes mod den hvide dværg. Når de kommer for tæt, omdanner stjernens tidevandskræfter dem til støv. Unge hvide dværge forventes at danne diske hurtigt, men det er ikke tilfældet.
Det viste sig, at forsinkelsen blev forklaret nøjagtigt medtemperatur på hvide dværge. De er så varme, at støv hurtigt fordamper og spredes. Denne fordampning stopper kun, når den hvide dværgs overfladetemperatur køler ned til omkring 27 tusind Kelvin. Dette er i overensstemmelse med observationsdata: der er fundet diske i dværge, hvis temperaturer er under kritiske.
Læs mere:
Et kraftfuldt neuralt netværk er oprettet i Kina: det er 10 gange mere produktivt end analoger
Fysikere har genskabt det første stof, der dukkede op efter Big Bang
Lille brintmotor erstatter modstykker til fossile brændstoffer