Mitä ovat valkoiset kääpiöt?
Valkoiset kääpiöt ovat tähtiä, jotka koostuvat elektroniydinplasmasta, joista puuttuu
Lähin tunnettu valkoinen kääpiö on Sirius B,sijaitsee 8,6 valovuoden päässä. Oletetaan, että sadan aurinkoa lähinnä olevan tähtijärjestelmän joukossa kahdeksan tähteä on valkoisia kääpiöitä. Tällä hetkellä valkoiset kääpiöt muodostavat eri arvioiden mukaan 3-10% galaksimme tähtipopulaatiosta (estimaatin epävarmuus johtuu etäisten valkoisten kääpiöiden havaitsemisen vaikeudesta niiden alhaisen kirkkauden vuoksi).
Valkoisia kääpiöitä muodostuu evoluutioprosessin aikanatähdet, joiden massa ei riitä muuttumaan neutronitähdeksi, eli ei ylitä noin 10 Auringon massaa, mikä on galaksissamme yli 97 % kokonaismassasta. Kun pieni- tai keskimassainen pääsarjan tähti lopettaa vedyn sulatuksen heliumiksi, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi.
Punaista jättiläistä tukee lämpöydinheliumin muuttamisreaktiot hiileksi ja hapeksi. Jos punaisen jättiläisen massa ei riitä nostamaan ytimen lämpötilaa lämpöydinreaktioiden edellyttämälle tasolle, jossa syntyy hiiltä, se kerääntyy tähden ytimeen hapen mukana.
Tähti irtoaa ulkokuorestaan muodostaen planeettasumun, ja entisestä tähden sydämestä tulee valkoinen kääpiö, joka on valmistettu hiilestä ja hapesta.
Valkoinen kääpiö Sirius B (nuoli) kirkkaan Sirius A: n vieressä. Kuva: Hubble-teleskooppi
Valkoisten kääpiöiden alkuperä
Selittämällä valkoisten kääpiöiden synty, avainKahdella idealla oli merkitys: tähtitieteilijä Ernst Epikin ajatus siitä, että punaiset jättiläiset muodostuvat pääjakson tähdistä ydinpolttoaineen palamisen seurauksena, ja tähtitieteilijä Vasily Fesenkovin oletus, että pääsekvenssin pitäisi menettää massa, ja tällaisella massan menetyksellä pitäisi olla merkittävä vaikutus tähtien evoluutioon. Nämä oletukset vahvistettiin täysin.
- Valkoisten kääpiöiden supistuminen
Teoreetikot ennustivat, että nuoret valkoisetEvoluution varhaisessa vaiheessa olevien kääpiöiden pitäisi kutistua. Laskelmien mukaan tyypillisen valkoisen kääpiön säde saattaa pienentyä asteittaisen jäähtymisen seurauksena useita satoja kilometrejä olemassaolonsa ensimmäisen miljoonan vuoden aikana.
Vuonna 2017 venäläiset astrofyysikot alkaenP.K. Sternbergin Moskovan valtionyliopisto nimetty valtion tähtitieteellinen instituutti, Venäjän tiedeakatemian tähtitieteen instituutti, A.I. Alikhanovin teoreettisen ja kokeellisen fysiikan instituutti ja kansallinen astrofysiikan instituutti (Milano) professori Sergei Borisovichin johdolla Popov dokumentoi ensimmäistä kertaa maailmassa nuoren valkoisen kääpiön löytämisen, jonka säde pienenee hyvin nopeasti.
Venäläiset tiedemiehet ja heidän italialaiset avustajansatutki binäärijärjestelmän HD49798/RX J0648.0-4418 röntgensäteilyä, joka sijaitsee Puppis-tähdistössä kahden tuhannen valovuoden etäisyydellä Maasta. Tutkimustulokset julkaistiin lehdessäKuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -yhtiöltähelmikuussa 2018.
Kuva. 8. Eksoottinen binaarijärjestelmä PSR J0348 + 0432, joka koostuu pulsarista ja valkoisesta kääpiöstä, joka pyörii sen ympärillä 2,5 tunnissa
Valkoisten kääpiöiden kehitys
Valkoiset kääpiöt aloittavat evoluutionsa punaisten jättiläisten paljastamattomina rappeutuneina ytiminä, jotka ovat vuotaneet kuorensa - toisin sanoen nuorten planetaaristen sumujen keskustähdinä.
Nuorten planeettojen ytimien valopallojen lämpötilatsumut ovat erittäin korkeita - esimerkiksi sumun keskitähden NGC 7293 lämpötila vaihtelee 90 000 K: sta (arvioituna absorptioviivoista) 130 000 K: seen (arvioitu röntgenspektristä). Näissä lämpötiloissa suurin osa spektristä on kovaa ultraviolettia ja pehmeää röntgensädettä.
Samaan aikaan havaitut valkoiset kääpiöt heidänspektrit jakautuvat pääasiassa kahteen suureen ryhmään - "vety" spektriluokkaan DA, jonka spektrissä ei ole heliumviivoja, jotka muodostavat ~80% valkoisten kääpiöiden populaatiosta, ja "helium" spektriluokkaan DB ilman vetyviivoja spektrissä, jotka muodostavat suurimman osan jäljellä olevista 20 % populaatioista.
Syy tähän eroon valkoisten ilmakehien koostumuksessakääpiöt ovat pitkään olleet epäselviä. Vuonna 1984 Iko Iben pohti skenaarioita valkoisten kääpiöiden "poistumisesta" sykkivistä punaisista jättiläisistä, jotka olivat asymptoottisessa jättiläishaarassa eri sykytysvaiheissa.
Myöhäinen vaihe
Punaisten jättiläisten evoluution myöhäisessä vaiheessajoiden massat ovat jopa kymmenen aurinkoa, heliumytimen "palamisen" seurauksena muodostuu degeneroitunut ydin, joka koostuu pääasiassa hiilestä ja raskaammista alkuaineista, jota ympäröi rappeutumaton heliumkerroslähde, jossa kolminkertainen heliumreaktio tapahtuu.
Sen yläpuolella puolestaan on kerrosvetylähde, jossa tapahtuu Bethe-syklin lämpöydinreaktioita, jotka muuttavat vedyn heliumiksi vetykuoren ympäröimänä; siten ulkoinen vetykerroksen lähde on heliumin "tuottaja" heliumkerroksen lähteelle.
Heliumin palaminen kerroslähteessä on alttiinalämpöepävakaus johtuu erittäin suuresta lämpötilariippuvuudesta, ja tätä pahentaa korkeampi vedyn muuntumisnopeus heliumiksi verrattuna heliumin palamisnopeuteen; seurauksena on heliumin kerääntyminen, sen puristuminen, kunnes rappeutuminen alkaa, kolminkertaisen heliumin reaktion nopeuden voimakas nousu ja kehityskerroksen helium salama.
Kuva. 5. Planeettasumu NGC 3132: kaksoistähti keskellä - Siriuksen analogia
Kuinka valkoisten kääpiöiden valo voi auttaa tutkijoita?
- Planeetan järjestelmät
Uudessa tutkimuksessa tähtitieteilijät johtivatMark A. Hollands osoittaa, että tähden kuoleman jälkeen kaikki todisteet planeettajärjestelmän olemassaolosta eivät katoa galaksin kartalta.
Jos planeetat jäävät järjestelmään tai ne ovat paljaitaytimiä, niin niiden välinen gravitaatiovuorovaikutus voi saada fragmentit lopulta putoamaan emotähden jäänteisiin. Tämä valkoiseksi kääpiöksi kutsuttu tähtijäännös koostuu lähes kokonaan hiilestä ja hapesta, ja sitä ympäröi tiheä mutta ohut vedyn ja heliumin kuori.
Luonnollisesti myös mikä tahansa esine, joka tulee esiinsulkeutuu, se repeytyy palasiksi valkoisen kääpiön äärimmäisen painovoiman vaikutuksesta, ja sen fragmentit putoavat tähden pinnalle, missä ne sekoittuvat kuorien veteen ja heliumiin.
Litium, kalsium, joka löytyy kääpiön valopalloistaja natriumia, kun taas magnesiumia, kaliumia, kromia ja rautaa löydettiin myös kääpiön LHS 2534 tapauksessa. Tutkittuihin valkoisiin kääpiöihin putoavan klastisen materiaalin koostumus on rikastettu litiumilla ja tyhjentynyt kalsiumissa verrattuna aurinkokunnan runkoihin ja vastaa parhaiten maapallon mannerkuoressa olevaa sisältöä.
Tähteen osumisen jälkeen elementit sisällytettiintuhoutuneen kohteen koostumus, kuten litium ja kalsium, alkavat säteillä omaa valoaan ainutlaatuisilla spektriominaisuuksilla, jolloin ne voidaan tunnistaa yksiselitteisesti.
Useimmat valkoiset kääpiöt ovat myöskuuma, ja niiden kirkas valo vaikeuttaa kontaminaation havaitsemista. Viimeaikainen Gaia-tehtävä auttoi kuitenkin kartoittamaan kymmeniä muinaisia, viileitä valkoisia kääpiöitä, ja tähtitieteilijät ovat löytäneet selvät merkit planeetan luista näiden tähtien ilmakehässä.
Kuva. 3. Valkoisten kääpiöiden populaatio pallomaisessa tähtijoukossa NGC 6397. Siniset neliöt - heliumvalkoiset kääpiöt, violetit ympyrät - "normaalit" valkoiset kääpiöt, joilla on korkea hiilipitoisuus
WD-järjestelmän tapauksessa havaittiin J2317+1830ylimääräinen infrapunasäteily, joka osoittaa jatkuvaa roskien kertymistä tähtien ympärillä olevasta levystä kääpiöön, kokonaiskertymänopeuden ollessa arviolta 3 × 106 grammaa sekunnissa.
Ottaen huomioon, että tämän valkoisen esiasteKääpiö voi olla tähti, jonka massa on 4,8 kertaa Auringon massa, ja ajatus planeettojen muodostumisesta tähden kuoleman jälkeen tunnustettiin epäonnistuneeksi, tämä osoittaa ajatuksen, että spektrityypin B tähdet muodostavat planeettajärjestelmiin ja selviävät valkoisen kääpiön vaiheeseen.
- eksoplaneettojen
Lisäksi WD J2317 + 1830 on yksivanhimmat järjestelmät, joihin eriytyneet kiviset planeetat olisivat voineet muodostua. Kaikki tämä antaa mahdollisuuden asettaa rajoituksia planeettojen muodostumismalleille, joita on äärimmäisen vaikea saada havaittujen planeettojen pääjärjestyksessä olevien tähtien tai jättiläisten ympärillä.
Kuinka tämä auttaa?
Tiedemiesten mukaan löytö valaiseeuniversumissamme tapahtuvista prosesseista, joissa monet planeettajärjestelmien sukupolvet ovat muuttuneet 13 miljardin vuoden aikana.
Lue lisää
Katsokaa 8 biljoonan pikselin kuvaa Marsista
Tutkijat ovat kehittäneet suhteellisuusteorian korvikkeen. Mikä on "kaiken teorian" ydin?
Tutkijat ovat löytäneet todisteita nykyaikaisen ihmisen sekoittumisesta neandertalilaisten kanssa