Hvad er hvide dværge?
Hvide dværge er stjerner, der består af elektron-kerneplasma, blottet for
Den nærmeste kendte hvide dværg er Sirius B,placeret 8,6 lysår væk. Det antages, at otte stjerner blandt de hundrede tætteste stjernesystemer til solen er hvide dværge. På nuværende tidspunkt udgør hvide dværge ifølge forskellige estimater 3 til 10% af stjernebestanden i vores galakse (usikkerheden ved estimatet skyldes vanskeligheden ved at observere fjerne hvide dværge på grund af deres lave lysstyrke).
Hvide dværge dannes under evolutionsprocessenstjerner, hvis masse er utilstrækkelig til at blive til en neutronstjerne, overstiger nemlig ikke omkring 10 solmasser, hvilket i vores galakse udgør mere end 97 % af det samlede antal. Når en hovedsekvensstjerne med lav eller mellemmasse er færdig med at fusionere brint til helium, udvider den sig til at blive en rød kæmpe.
Den røde kæmpe er understøttet af termonuklearreaktioner ved omdannelse af helium til kulstof og oxygen. Hvis massen af en rød kæmpe er utilstrækkelig til at hæve kernens temperatur til det niveau, der er nødvendigt for termonukleære reaktioner, der involverer det resulterende kulstof, akkumuleres det i stjernens kerne sammen med ilt.
Stjernen kaster sin ydre skal og danner en planetarisk tåge, og stjernens tidligere kerne bliver en hvid dværg lavet af kulstof og ilt.
Hvid dværg Sirius B (pil) ved siden af den lyse Sirius A. Foto af Hubble-teleskopet
Oprindelsen til hvide dværge
Ved at forklare oprindelsen af hvide dværge er nøglenTo ideer spillede en rolle: astronom Ernst Epiks idé om, at røde giganter er dannet af hovedsekvensstjerner som et resultat af udbrænding af nukleart brændsel, og astronom Vasily Fesenkovs antagelse om, at hovedsekvensstjerner skulle miste masse, og et sådant massetab skulle have en betydelig indvirkning om stjernernes udvikling. Disse antagelser blev fuldt ud bekræftet.
- Sammentrækning af hvide dværge
Teoretikere forudsagde, at unge hvidedværge på et tidligt stadium af udviklingen bør skrumpe ind. Ifølge beregninger kan radius af en typisk hvid dværg på grund af gradvis afkøling falde 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.
Figur: 8. Eksotisk binært system PSR J0348 + 0432, der består af en pulsar og en hvid dværg, der kredser omkring det på 2,5 timer
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 har længe været uklar. I 1984 overvejede Iko Iben scenarier for "udgang" af hvide dværge fra pulserende røde kæmper placeret på den asymptotiske kæmpe gren i forskellige pulsationsfaser.
Sen fase
På et sent stadium af udviklingen i røde kæmper medmed masser op til ti solceller, som følge af heliumkernens "udbrænding" dannes en degenereret kerne, der hovedsageligt består af kulstof og tungere grundstoffer, omgivet af en ikke-degenereret heliumlagskilde, hvor en tredobbelt heliumreaktion opstår.
Til gengæld er der et lag over deten brintkilde, hvori termonukleære reaktioner i Bethe-cyklussen finder sted, omdanner brint til helium, omgivet af en brintskal; således er den eksterne brintlagskilde helium-"producenten" for heliumlagskilden.
Heliumforbrænding i en lagkilde er underlagttermisk ustabilitet på grund af ekstrem høj temperaturafhængighed, og dette forværres af den højere hastighed for omdannelse af brint til helium sammenlignet med hastigheden af heliumudbrænding; resultatet er akkumulering af helium, dets kompression indtil degeneration begynder, en kraftig stigning i hastigheden af den tredobbelte heliumreaktion og udviklingenlag helium flash.
Figur: 5. Planetarisk tåge NGC 3132: en dobbelt stjerne i midten - en analog af Sirius
Hvordan kan lys fra hvide dværge hjælpe forskere?
- Planetariske systemer
I en ny undersøgelse har astronomer ledet afMark A. Hollands viser, at efter en stjernes død, forsvinder ikke alle beviser for eksistensen af et planetsystem fra kortet over galaksen.
Hvis planeter forbliver i systemet eller deres blottedekerner, så kunne gravitationsinteraktionen mellem dem få fragmenterne til at falde ned på resterne af moderstjernen. Denne rest af en stjerne, kaldet en hvid dværg, består næsten udelukkende af kulstof og ilt, omgivet af en tæt, men tynd skal af brint og helium.
Naturligvis ethvert objekt, der kommer optæt, vil blive revet i stykker af den hvide dværgs ekstreme tyngdekraft, og dens fragmenter vil falde på overfladen af stjernen, hvor de vil blandes med brint og helium fra skaller.
Lithium, calcium findes i dværgfotosfærerog natrium, medens magnesium, kalium, krom og jern også blev fundet i tilfælde af dværgen LHS 2534. Sammensætningen af det klastiske materiale, der falder på de studerede hvide dværge, er beriget med lithium og udtømt i calcium i sammenligning med solsystemets kroppe og passer bedst til indholdet, der findes i jordens kontinentale skorpe.
Efter at have ramt stjernen, inkluderede elementerne isammensætningen af det ødelagte objekt, såsom lithium og calcium, begynder at udsende deres eget lys med unikke spektrale karakteristika, hvilket gør det muligt at identificere dem utvetydigt.
De fleste hvide dværge er ogsåvarmt, og deres stærke lys gør det vanskeligt at se forurening. Men den nylige Gaia-mission hjalp med at kortlægge snesevis af gamle, kølige hvide dværge, og astronomer har opdaget klare tegn på planetben i atmosfærerne til disse stjerner.
Figur: 3. Befolkning af hvide dværge i den kugleformede stjerneklynge NGC 6397. Blå firkanter - heliumhvide dværge, lilla cirkler - "normale" hvide dværge med et højt kulstofindhold
I tilfælde af WD-systemet blev J2317+1830 bemærketoverskydende infrarød stråling, hvilket indikerer fortsat ophobning af snavs fra den cirkumstellare skive til dværgen, med en samlet tilvæksthastighed anslået til 3 × 106 gram pr. sekund.
I betragtning af at stamfar til denne hvideDværgen kunne være en stjerne med en masse på 4,8 gange solens masse, og ideen om dannelse af planeter efter stjernens død blev anerkendt som mislykket, dette beviser ideen om, at stjerner af spektral type B dannes planetariske systemer og overleve til scenen for en hvid dværg.
- exoplaneter
Derudover er WD J2317 + 1830 en afde ældste systemer, hvor differentierede stenede planeter kunne have dannet sig. Alt dette gør det muligt at indføre begrænsninger for planetformationsmodeller, der er ekstremt vanskelige at få fra observationer af planeter omkring hovedrangsstjerner eller giganter.
Hvordan hjælper dette?
Ifølge videnskabsmænd kaster opdagelsen lyspå de processer, der foregår i vores univers, hvor mange generationer af planetsystemer har ændret sig over 13 milliarder års eksistens.
Læs mere
Se på et billede på 8 billioner pixel af Mars
Forskere har udviklet en erstatning for relativitetsteorien. Hvad er essensen af "teorien om alt"?
Forskere har fundet bevis for, at moderne mennesker blandes med neandertalere