גמדים לבנים עוזרים למצוא כוכבי לכת וחשיפת סודות היקום. אֵיך?

מהם גמדים לבנים?

ננסים לבנים הם כוכבים המורכבים מפלזמה גרעינית-אלקטרונית, נטולת

מקורות של אנרגיית היתוך זוהר קלוש בשל האנרגיה התרמית שלהם, בהדרגה מתקרר ומאדים.

הגמד הלבן הידוע ביותר הוא סיריוס B,ממוקם במרחק של 8.6 שנות אור. ההנחה היא כי בין מאה מערכות הכוכבים הקרובות ביותר לשמש, שמונה כוכבים הם גמדים לבנים. נכון להיום גמדים לבנים מהווים, על פי הערכות שונות, 3 עד 10% מאוכלוסיית הכוכבים בגלקסיה שלנו (חוסר הוודאות בהערכה נובע מהקושי להתבונן בגמדים לבנים רחוקים בשל בהירותם הנמוכה).

ננסים לבנים נוצרים במהלך האבולוציה של כוכבים שהמסה שלהם אינה מספיקה כדי להפוך לכוכב נויטרונים, כלומר, לא עולהבערך פי 10 ממסת השמש, שבגלקסיה שלנו היא יותר מ-97% ממסת השמש.כאשר כוכב סדרה ראשית בעל מסה נמוכה או בינונית מסתייםהמרת מימן להליום, היא מתרחבת והופכת לענק אדום.

הענק האדום נתמך על ידי תגובות תרמו-גרעיניות הממירות הליום לפחמן וחמצן.אם המסה של הענק האדום אינה מספיקה כדי להעלות את טמפרטורת הליבה לרמה הדרושה לתגובות תרמו-גרעיניות המערבות את הפחמן המתקבל, זה קורההצטברות שלו בליבת הכוכב, יחד עם חמצן.

הכוכב משיל את מעטפתו החיצונית ויוצר ערפילית פלנטרית והליבה הקודמת של הכוכב הופכת לגמד לבן עשוי פחמן וחמצן.

גמד לבן סיריוס B (חץ) ליד סיריוס א 'בהיר. צילום טלסקופ האבל

מקור הגמדים הלבנים

בהסבר על מקורם של גמדים לבנים, המפתחשני רעיונות מילאו תפקיד: הרעיון של האסטרונום ארנסט אפיק כי ענקים אדומים נוצרים מכוכבי רצף ראשי כתוצאה משריפת הדלק הגרעיני, והנחתו של האסטרונום וסילי פסנקוב שכוכבי רצף ראשי צריכים לאבד מסה וכאלה. לאובדן מסה יש השפעה משמעותית על התפתחות הכוכבים. הנחות יסוד אלה אושרו במלואן.

• כיווץ גמדים לבנים

תיאורטיקנים חזו כי ננסים לבנים צעירים צריכים לקרוס בשלב מוקדם באבולוציה שלהם.על פי החישובים, בשל קירור הדרגתי, רדיוס של ננס לבן טיפוסי יכוללהתכווץ בכמה מאות קילומטרים במיליון השנים הראשונות לקיומו.

בשנת 2017, אסטרופיזיקאים רוסים מהמכון האסטרונומי הממלכתי על שם P.K. Sternberg University State University, המכון לאסטרונומיה של האקדמיה הרוסית למדעים, המכון לפיזיקה תיאורטית וניסויית על שם A.I. Alichhanov והמכון הלאומי לאסטרופיזיקה (מילאנו) בהנהגתו של פרופסור סרגיי בוריסוביץ' פופוב, לראשונה בעולם, תיעד את גילויו של גמד לבן צעיר, שרדיוס יורד במהירות רבה.

מדענים רוסים ועוזריהם האיטלקיםизучали рентгеновское излучение двойной системы HD49798/RX J0648.0-4418, расположенной в созвездии Кормы на расстоянии в две тысячи световых лет от Земли. Результаты исследований опубликованы в журнале הודעות חודשיות של האגודה האסטרונומית המלכותיתבפברואר 2018.

דמות: 8. מערכת בינארית אקזוטית PSR J0348 + 0432, המורכבת מפולסר וגמד לבן המסתובב סביבו תוך 2.5 שעות

אבולוציה של גמדים לבנים

ננסים לבנים מתחילים את האבולוציה שלהם בתור הליבות המנוונות החשופות של ענקים אדומים שהשילו את קליפתם - כלומר ככוכבים מרכזיים של ערפיליות פלנטריות צעירות.

הטמפרטורות של פוטוספירות הגרעינים של הפלנטה הצעירההערפיליות גבוהות במיוחד - למשל, הטמפרטורה של הכוכב המרכזי של הערפילית NGC 7293 נעה בין 90,000 K (מוערך מקווי ספיגה) ל -130,000 K (מוערך מספקטרום הרנטגן). בטמפרטורות אלה, צילומי רנטגן קשים ואולטרה סגולים ורכים מהווים את רוב הספקטרום.

במקביל, הגמדים הלבנים שנצפו בהםהספקטרים ​​מחולקים בעיקר לשתי קבוצות גדולות - מחלקה הספקטרלית "מימן" DA, שבהן אין קווי הליום, המהווים ~80% מאוכלוסיית הננסים הלבנים, ומחלקת הספקטרלים "הליום" DB ללא קווי מימן. בספקטרום, המהווה את רוב האוכלוסיות הנותרות של 20%.

הסיבה להבדל זה בהרכב האטמוספרות של הלבניםהגמדים נותרו זמן רב לא ברור. בשנת 1984 שקל איקו איבן תרחישים ל"יציאה "של גמדים לבנים מענקיות אדומות פועמות הנמצאות על ענף הענק האסימפטוטי בשלבי הפעימה השונים.

שלב מאוחר 

בשלב מאוחר של האבולוציה בענקים אדומים עםעם מסות של עד עשר שמש, כתוצאה מ"שחיקה" של ליבת ההליום, נוצרת ליבה מנוונת המורכבת בעיקר מפחמן ויסודות כבדים יותר, המוקפת במקור שכבת הליום לא מנוונת, שבה תגובת הליום משולשת. מתרחשת.

בתורו, מעליו יש שכבהמקור מימן שבו מתרחשות תגובות תרמו-גרעיניות של מחזור Bethe, הממירות מימן להליום, מוקף במעטפת מימן; לפיכך, מקור שכבת המימן החיצונית הוא "מפיק" ההליום עבור מקור שכבת ההליום.

שריפת הליום במקור שכבה כפופה לחוסר יציבות תרמית עקב תלות בטמפרטורה גבוהה במיוחד, והדבר מחמיר בשל קצב ההמרה הגבוה יותר של מימן להליום בהשוואה לשיעור שחיקת ההליום; התוצאה היא הצטברות של הליום, דחיסה שלו עד תחילת ניוון, עלייה חדה בקצב תגובת ההליום המשולשת והתפתחותשכבת פלאש הליום.

דמות: 5. ערפילית פלנטרית NGC 3132: כוכב כפול במרכז - אנלוגי של סיריוס

איך אור מגמדים לבנים יכול לעזור למדענים?

• מערכות פלנטריות

במחקר חדש, אסטרונומים בראשותמארק א' הולנדס מראה כי לאחר מותו של כוכב, לא כל העדויות לקיומה של מערכת פלנטרית נעלמות ממפת הגלקסיה.

אם כוכבי לכת נשארים במערכת או חשופים שלהםליבות, אז האינטראקציה הגרביטציונית ביניהן עלולה לגרום לשברים ליפול בסופו של דבר על שרידי כוכב האב. שריד זה של כוכב, הנקרא ננס לבן, מורכב כמעט כולו מפחמן וחמצן, מוקף במעטפת צפופה אך דקה של מימן והליום.

מטבע הדברים, גם כל חפץ שעולהקרוב, ייקרע לחתיכות על ידי כוח המשיכה הקיצוני של הגמד הלבן, ושבריו ייפלו על פני הכוכב, שם יתערבבו עם המימן והליום של הקונכיות.

ליתיום, סידן המצוי בפוטוספירות ננסיותונתרן, בעוד שמגנזיום, אשלגן, כרום וברזל נמצאו גם במקרה של הגמד LHS 2534. הרכב החומר הקלאסטי הנופל על הגמדים הלבנים הנחקרים מועשר בליתיום ומתדלדל בסידן בהשוואה לגופי מערכת השמש ותואם באופן הדוק את התוכן המצוי בקרום היבשת של כדור הארץ.

לאחר הפגיעה בכוכב, האלמנטים הכלולים בהרכב האובייקט ההרוס, כגון ליתיום וסידן, מתחילים לפלוט אור משלהם עם מאפיינים ספקטרליים ייחודיים, המאפשרים לזהות אותם באופן חד משמעי.

גם רוב הגמדים הלבניםחם, והאור הבוהק שלהם מקשה על זיהום כלשהו. עם זאת, משימת גאיה האחרונה עזרה למפות עשרות גמדים לבנים עתיקים וקרירים, ואסטרונומים מצאו סימנים ברורים לעצמות פלנטריות באטמוספירה של כוכבים אלה.

דמות: 3. אוכלוסיית גמדים לבנים באשכול הכוכבים הגלובלי NGC 6397. ריבועים כחולים - גמדים לבנים בהליום, עיגולים סגולים - גמדים לבנים "רגילים" עם אחוז פחמן גבוה.

במקרה של מערכת WD הבחינו ב-J2317+1830עודף קרינה אינפרא-אדום, המעיד על הצטברות מתמשכת של פסולת מהדיסקה המקיפה אל הגמד, עם קצב הצטברות כולל המוערך ב-3 × 106 גרם לשנייה.

בהתחשב בכך שהאבות של הלבן הזההגמד יכול להיות כוכב בעל מסה גדולה פי 4.8 ממסת השמש, והרעיון להיווצרות כוכבי לכת לאחר מות הכוכב נחשב כלא מוצלח, זה מוכיח את הרעיון שכוכבים מסוג ספקטרלי B יוצרים כוכבי לכת מערכות ולשרוד עד לשלב של גמד לבן.

• כוכבי לכת

בנוסף, WD J2317 + 1830 הוא אחד מה-המערכות העתיקות ביותר שבהן יכלו להיווצר כוכבי לכת סלעיים מובחנים. כל זה מאפשר להטיל אילוצים על מודלים של היווצרות כוכבי לכת שקשה מאוד להשיג מתצפיות על כוכבי הלכת סביב כוכבי רצף או ענקים.

איך זה עוזר?

לדברי מדענים, התגלית שופכת אורעל התהליכים המתרחשים ביקום שלנו, שבו דורות רבים של מערכות פלנטריות השתנו במשך 13 מיליארד שנות קיום.

קרא עוד

תסתכל על תמונה של 8 טריליון פיקסלים של מאדים

מדענים פיתחו תחליף לתורת היחסות. מה המהות של "תיאוריית הכל"?

מדענים מצאו עדויות להתמזגות בני אדם מודרניים עם ניאנדרטלים