De oorsprong van witte dwergen
Twee ideeën speelden een sleutelrol bij het verklaren van het ontstaan van witte dwergen: de gedachte
- Drievoudige heliumreactie en isotherme kernen van rode reuzen
Tijdens de evolutie van sterren, de belangrijkstesequentie, waterstof "brandt uit" - nucleosynthese met de vorming van helium (zie Bethe-cyclus). Een dergelijke burn-out leidt tot het stoppen van het vrijkomen van energie in de centrale delen van de ster, compressie en dienovereenkomstig tot een toename van de temperatuur en dichtheid in de kern.
De stijging van temperatuur en dichtheid in de stellaire kernleidt tot omstandigheden waarin een nieuwe bron van thermonucleaire energie wordt geactiveerd: helium burn-out (drievoudige heliumreactie of drievoudig alfaproces), kenmerkend voor rode reuzen en superreuzen.
- Massaverlies en granaatscherven door rode reuzen
Kernreacties bij rode reuzen komen niet vooralleen in de kern: terwijl waterstof in de kern opbrandt, verspreidt de heliumnucleosynthese zich naar de nog waterstofrijke gebieden van de ster en vormt een bolvormige laag op de grens van de waterstofarme en waterstofrijke gebieden.
Een vergelijkbare situatie doet zich voor bij de drievoudige heliumreactie: als helium in de kern uitbrandt, concentreert het zich ook in een bolvormige laag op de grens tussen heliumarme en heliumrijke gebieden.
De helderheid van sterren met zo’n “dubbellaagse”de gebieden van nucleosynthese nemen aanzienlijk toe en bereiken ongeveer enkele duizenden lichtsterkten van de zon, terwijl de ster ‘opzwelt’ en zijn diameter vergroot tot de grootte van de baan van de aarde. De heliumnucleosynthesezone stijgt naar het oppervlak van de ster: het massadeel binnen deze zone bedraagt ~70% van de massa van de ster.
Het ‘opblazen’ gaat gepaard met een vrij intense uitstroom van materie van het oppervlak van de ster; er worden objecten zoals protoplanetaire nevels waargenomen.
De exacte mechanismen van massaverlies en verdere uitwerping van de envelop voor dergelijke sterren zijn nog steeds onduidelijk, maar de volgende factoren kunnen worden aangenomen die kunnen bijdragen aan het verlies van de envelop:
- Vanwege de extreem hoge helderheid wordt de lichtdruk van de stralingsflux van de ster op de buitenste lagen aanzienlijk, wat volgens de berekende gegevens kan leiden tot het verlies van de envelop in enkele duizenden jaren.
- Door de ionisatie van waterstof in de liggende regio'sonder de fotosfeer kan zich een sterke convectieve instabiliteit ontwikkelen. Zonneactiviteit heeft een vergelijkbare aard, maar in het geval van rode reuzen moet de kracht van convectieve stromen aanzienlijk groter zijn dan die van de zon.
- In uitgebreide stellaire enveloppen kunnen ze:instabiliteiten ontwikkelen zich, wat leidt tot sterke oscillerende processen, vergezeld van een verandering in het thermische regime van de ster. In afb. 4 worden dichtheidsgolven waargenomen van de materie die door de ster wordt uitgestoten, wat het gevolg kan zijn van dergelijke fluctuaties.
- Rode reuzen met een "tweelaagse" thermonucleairethermische pulsaties, vergezeld van het "omschakelen" van thermonucleaire bronnen van waterstof en helium en intens massaverlies, worden waargenomen door bronnen die in een laat stadium van hun evolutie zijn overgegaan naar de asymptotische tak van reuzen.
- Contractie van witte dwergen
Theoretici voorspelden dat jonge blankendwergen in een vroeg stadium van de evolutie zouden moeten krimpen. Volgens berekeningen kan de straal van een typische witte dwerg door geleidelijke afkoeling in de eerste miljoen jaar van zijn bestaan met enkele honderden kilometers worden verkleind.
In 2017 kwamen Russische astrofysici uitHet Staats Astronomisch Instituut vernoemd naar P. K. Sternberg Moskou Staatsuniversiteit, het Instituut voor Astronomie van de Russische Academie van Wetenschappen, het Instituut voor Theoretische en Experimentele Fysica vernoemd naar A. I. Alikhanov en het Nationaal Instituut voor Astrofysica (Milaan) onder leiding van professor Sergei Borisovich Popov documenteerde voor het eerst ter wereld de ontdekking van een jonge witte dwerg, met een zeer snel afnemende straal.
Russische wetenschappers en hun Italiaanse assistentenbestudeerde de röntgenstraling van het binaire systeem HD49798/RX J0648.0-4418, gelegen in het sterrenbeeld Puppis op een afstand van tweeduizend lichtjaar van de aarde. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschriftMaandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Societyin februari 2018
Eigenschappen van witte dwergen
- Chemische samenstelling
De chemische samenstelling van een witte dwerg wordt bepaald door het stadium waarin de thermonucleaire reacties in de voorloperster eindigden.
Als de massa van de oorspronkelijke ster klein is, 0,08-0,5 massaDe zon, die niet genoeg is om de verbranding van helium te starten, en na het opgebruiken van de volledige voorraad waterstof, worden dergelijke sterren helium witte dwergen met een massa tot 0,5 zonne-energie.
Als de oorspronkelijke ster een massa heeft van 0,5-8massa's van de zon, dan is dit genoeg voor een heliumflits, de evolutie van de ster zal doorgaan in de fase van de rode reus en pas stoppen als het helium is opgebrand. De resulterende gedegenereerde kern van zo'n ster zal een koolstof-zuurstof witte dwerg worden met een massa van 0,5-1,2 zonne-energie.
Als de oorspronkelijke ster een massa heeft van 8-12 zonsmassa's,dit is genoeg om koolstof te gaan verbranden, de evolutie van de ster zal verder gaan en de koolstof in het binnenste kan worden verwerkt tot zwaardere elementen, met name neon en magnesium. En dan kan de laatste fase in de evolutie van zo'n ster de vorming zijn van een zuurstof-neon-magnesium witte dwerg met een massa dichtbij de Chandrasekhar-limiet.
Evolutie van witte dwergen
Witte dwergen beginnen hun evolutie als de blootliggende gedegenereerde kernen van rode reuzen die hun schil hebben afgeworpen, dat wil zeggen als de centrale sterren van jonge planetaire nevels.
De temperaturen van de fotosferen van de kernen van jonge planetairenevels zijn extreem hoog - de temperatuur van de centrale ster van de nevel NGC 7293 varieert bijvoorbeeld van 90.000 K (geschat op basis van absorptielijnen) tot 130.000 K (geschat op basis van het röntgenspectrum). Bij deze temperaturen bestaat het grootste deel van het spectrum uit harde ultraviolette en zachte röntgenstralen.
Tegelijkertijd zijn de waargenomen witte dwergen in hunspectra zijn voornamelijk verdeeld in twee grote groepen: "waterstof" spectraalklasse DA, in de spectra waarvan er geen heliumlijnen zijn, die ~80% van de populatie witte dwergen uitmaken, en "helium" spectraalklasse DB zonder waterstoflijnen in de spectra, die het grootste deel van de resterende 20% populaties uitmaken.
De reden voor dit verschil in de samenstelling van witte atmosferenкарликов долгое время оставалась неясной. В 1984 году Ико Ибен рассмотрел сценарии «выхода» белых карликов из пульсирующих красных гигантов, находящихся на асимптотической ветви гигантов, на различных фазах пульсации.
In een later stadium van de evolutie zullen rode reuzen mettot tien zonsmassa's, als gevolg van de "burn-out" van de heliumkern, wordt een gedegenereerde kern gevormd, voornamelijk bestaande uit koolstof en zwaardere elementen, omgeven door een niet-gedegenereerde heliumlaagbron, waarin een drievoudige heliumreactie plaatsvindt plaats.
In een extreem korte tijd (~ 30 jaar) is de helderheidvan de heliumbron neemt zo veel toe dat de verbranding van helium in convectieve modus gaat, de laag expandeert en de waterstoflaagbron naar buiten duwt, wat leidt tot afkoeling en de stopzetting van de waterstofverbranding. Nadat het overtollige helium tijdens de fakkel is opgebrand, neemt de helderheid van de heliumlaag af, worden de buitenste waterstoflagen van de rode reus gecomprimeerd en vindt een nieuwe ontsteking van de waterstoflaagbron plaats.
Astronomische verschijnselen waarbij witte dwergen betrokken zijn
Een kenmerk van de straling van witte dwergen inHet röntgenbereik is het feit dat de belangrijkste bron van röntgenstraling voor hen de fotosfeer is, die hen scherp onderscheidt van "normale" sterren: deze laatste zendt een röntgencorona uit die is verwarmd tot enkele miljoenen Kelvin, en de temperatuur van de fotosfeer is te laag om röntgenstralen uit te zenden.
Bij afwezigheid van accretie, de witte lichtbrondwergen zijn de opslag van thermische energie van ionen in hun diepten, dus hun helderheid hangt af van de leeftijd. Een kwantitatieve theorie over het koelen van witte dwergen werd eind jaren veertig gebouwd door professor Samuel Kaplan.
- Aanwas op witte dwergen in binaire systemen
При эволюции звёзд различных масс в двойных системах темпы эволюции компонентов неодинаковы, при этом более массивный компонент может проэволюционировать в белый карлик, в то время как менее массивный к этому времени может оставаться на главной последовательности.
Op zijn beurt, tijdens de afdaling in het proces van evolutieeen minder massieve component van de hoofdreeks en zijn overgang naar de tak van rode reuzen, de grootte van een evoluerende ster begint te groeien totdat hij zijn Roche-lob vult.
- Niet-stationaire aanwas op witte dwergen inAls de metgezel een massieve rode dwerg is, leidt dit tot het verschijnen van dwergnovae (sterren van het type U Gem (UG)) en nova-achtige catastrofale veranderlijke sterren.
- Aanwas op witte dwergen met sterkemagnetisch veld, is gericht op het gebied van de magnetische polen van de witte dwerg, en het cyclotron-mechanisme van straling van het aangroeiende plasma in de bijna-polaire gebieden van het magnetische dwergveld veroorzaakt een sterke polarisatie van straling in het zichtbare gebied (polen en tussenpolen).
- Aanwas op waterstofrijke witte dwergenmaterie leidt tot accumulatie op het oppervlak (voornamelijk bestaande uit helium) en opwarming tot de temperaturen van de heliumfusiereactie, wat, in het geval van de ontwikkeling van thermische instabiliteit, leidt tot een explosie die wordt waargenomen als een uitbarsting van een nieuwe ster .
- Voldoende lange en intense aanwas opeen massieve witte dwerg leidt tot een massa die de Chandrasekhar-limiet overschrijdt en een thermonucleaire explosie, waargenomen als een supernova van het type Ia. Een voorbeeld van zo'n gebeurtenis is de explosie van supernova SN 1572.
Vorming van witte dwergschijven
Ученые Планетологического института США решили загадку, связанную с образованием дисков из обломков вокруг белых карликов. Известно, что эти диски появляются только через 10-20 миллионов лет после стадии красного гиганта.
Во время фазы красного гиганта звезда теряет значительную часть своей массы, прежде чем превратиться в белый карлик, состоящий из углерода и кислорода, размером с Землю и с половиной массы Солнца.
Op dit moment zijn de banen van alle overgebleven planetengedestabiliseerd, en asteroïden worden naar de witte dwerg gegooid. Als ze te dichtbij komen, veranderen de getijdenkrachten van de ster ze in stof. Van jonge witte dwergen wordt verwacht dat ze snel schijfjes vormen, maar dit is niet het geval.
Het bleek dat de vertraging precies werd verklaard door:temperatuur van witte dwergen. Ze zijn zo heet dat eventueel stof snel zal verdampen en verdwijnen. Deze verdamping stopt pas als de oppervlaktetemperatuur van de witte dwerg afkoelt tot ongeveer 27 duizend Kelvin. Dit komt overeen met waarnemingsgegevens: er zijn schijven gevonden bij dwergen waarvan de temperatuur onder de kritische temperatuur ligt.
Lees verder:
In China is een krachtig neuraal netwerk gecreëerd: het is 10 keer productiever dan analogen
Natuurkundigen hebben de eerste stof nagemaakt die na de oerknal verscheen
Kleine waterstofmotor vervangt fossiele brandstof-tegenhangers