Co to są białe karły?
Białe karły to gwiazdy składające się z plazmy elektronowo-jądrowej, pozbawione
Najbliższym znanym białym karłem jest Syriusz B,znajduje się 8,6 lat świetlnych stąd. Zakłada się, że wśród stu najbliższych Słońcu układów gwiazdowych osiem gwiazd to białe karły. Obecnie białe karły stanowią według różnych szacunków od 3 do 10% gwiezdnej populacji naszej galaktyki (niepewność szacunku wynika z trudności obserwacji odległych białych karłów ze względu na ich niską jasność).
Białe karły powstają w procesie ewolucjigwiazdy, których masa jest niewystarczająca, aby zamienić się w gwiazdę neutronową, czyli nie przekracza około 10 mas Słońca, co w naszej galaktyce stanowi ponad 97% całości. Kiedy gwiazda ciągu głównego o małej lub średniej masie kończy fuzję wodoru w hel, rozszerza się, stając się czerwonym olbrzymem.
Czerwony olbrzym jest wspierany przez energię termojądrowąreakcje przemiany helu w węgiel i tlen. Jeśli masa czerwonego olbrzyma jest niewystarczająca, aby podnieść temperaturę jądra do poziomu niezbędnego do zajścia reakcji termojądrowych z udziałem powstałego węgla, gromadzi się on w jądrze gwiazdy wraz z tlenem.
Gwiazda zrzuca swoją zewnętrzną powłokę, tworząc mgławicę planetarną, a dawne jądro gwiazdy staje się białym karłem zbudowanym z węgla i tlenu.
Biały karzeł Syriusz B (strzałka) obok jasnego Syriusza A. Zdjęcie wykonane przez Teleskop Hubble'a
Pochodzenie białych karłów
Kluczem do wyjaśnienia genezy białych karłówPewną rolę odegrały dwie idee: idea astronoma Ernsta Epika, że czerwone olbrzymy powstają z gwiazd ciągu głównego w wyniku wypalenia paliwa jądrowego oraz założenie astronoma Wasilija Fesenkowa, że gwiazdy ciągu głównego powinny tracić masę i takie utrata masy powinna mieć znaczący wpływ na ewolucję gwiazd. Te założenia zostały w pełni potwierdzone.
- Skurcz białych karłów
Teoretycy przewidywali, że młodzi bialikarły na wczesnym etapie ewolucji powinny się skurczyć. Według obliczeń, w wyniku stopniowego chłodzenia promień typowego białego karła może zmniejszyć się o kilkaset kilometrów w ciągu pierwszego miliona lat jego istnienia.
W 2017 roku rosyjscy astrofizycy zPaństwowy Instytut Astronomiczny im. P.K. Sternberga Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, Instytut Astronomii Rosyjskiej Akademii Nauk, Instytut Fizyki Teoretycznej i Doświadczalnej im. A.I. Alikhanova oraz Narodowy Instytut Astrofizyki (Mediolan) pod kierownictwem profesora Siergieja Borysowicza Popow po raz pierwszy na świecie udokumentował odkrycie młodego białego karła o bardzo szybko malejącym promieniu.
Rosyjscy naukowcy i ich włoscy asystencibadał emisję promieniowania rentgenowskiego układu podwójnego HD49798/RX J0648.0-4418, znajdującego się w gwiazdozbiorze Rufy w odległości dwóch tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmieMiesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznegow lutym 2018 r.
Postać: 8. Egzotyczny układ podwójny PSR J0348 + 0432, składający się z pulsara i białego karła, który obraca się wokół niego w 2,5 godziny
Ewolucja białych karłów
Białe karły rozpoczynają swoją ewolucję jako odsłonięte, zdegenerowane jądra czerwonych olbrzymów, które zrzuciły swoją powłokę – czyli jako gwiazdy centralne młodych mgławic planetarnych.
Temperatury fotosfer jąder młodej planetarkimgławice są niezwykle wysokie - na przykład temperatura centralnej gwiazdy mgławicy NGC 7293 waha się od 90 000 K (szacowana na podstawie linii absorpcyjnych) do 130 000 K (szacowana na podstawie widma rentgenowskiego). W tych temperaturach twarde promieniowanie ultrafioletowe i miękkie promieniowanie rentgenowskie stanowią większość widma.
W tym samym czasie zaobserwowano w nich białe karływidma są przeważnie podzielone na dwie duże grupy - „wodorową” klasę widmową DA, w której widmach nie ma linii helowych, które stanowią ~80% populacji białych karłów, oraz „helową” klasę widmową DB bez linii wodorowych w widmach, co stanowi większość pozostałych 20% populacji.
Przyczyna tej różnicy w składzie atmosfer białychkarły długo pozostawały niejasne. W 1984 roku Iko Iben rozważał scenariusze „wyjścia” białych karłów z pulsujących czerwonych olbrzymów znajdujących się na asymptotycznej gałęzi olbrzyma w różnych fazach pulsacji.
Późny etap
Na późnym etapie ewolucji czerwonych olbrzymów zprzy masach dochodzących do dziesięciu mas słonecznych, w wyniku „wypalenia” rdzenia helowego powstaje zdegenerowany rdzeń, składający się głównie z węgla i cięższych pierwiastków, otoczony niezdegenerowanym źródłem warstwy helu, w którym zachodzi potrójna reakcja helowa występuje.
Z kolei nad nim znajduje się warstwaźródło wodoru, w którym zachodzą reakcje termojądrowe cyklu Bethego, przekształcające wodór w hel, otoczone powłoką wodorową; zatem zewnętrzne źródło warstwy wodoru jest „producentem” helu dla źródła warstwy helu.
Spalanie helu w źródle warstwowym podleganiestabilność termiczna spowodowana wyjątkowo wysoką zależnością od temperatury, pogarszaną przez wyższy stopień konwersji wodoru do helu w porównaniu z szybkością wypalania helu; rezultatem jest akumulacja helu, jego kompresja aż do rozpoczęcia degeneracji, gwałtowny wzrost szybkości reakcji potrójnego helu i rozwójwarstwa helu flash.
Postać: 5. Mgławica planetarna NGC 3132: podwójna gwiazda w środku - analog Syriusza
W jaki sposób światło białych karłów może pomóc naukowcom?
- Systemy planetarne
W nowym badaniu astronomowie kierowani przezMark A. Hollands pokazują, że po śmierci gwiazdy nie wszystkie dowody na istnienie układu planetarnego znikają z mapy Galaktyki.
Jeśli planety pozostaną w układzie lub będą nagiejądra, wówczas oddziaływanie grawitacyjne między nimi może spowodować, że fragmenty ostatecznie spadną na pozostałości gwiazdy macierzystej. Ta pozostałość po gwieździe, zwana białym karłem, składa się prawie wyłącznie z węgla i tlenu, otoczona gęstą, ale cienką powłoką z wodoru i helu.
Oczywiście każdy przedmiot, który się pojawiblisko, zostanie rozerwana na kawałki przez ekstremalną grawitację białego karła, a jego fragmenty spadną na powierzchnię gwiazdy, gdzie zmieszają się z wodorem i helem z muszli.
Lit, wapń znajdujący się w fotosferach karłowatychi sód, podczas gdy magnez, potas, chrom i żelazo stwierdzono również w przypadku karła LHS 2534. Skład klastycznego materiału, który opada na badane białe karły, jest wzbogacony w lit i zubożony w wapń w porównaniu z ciałami Układu Słonecznego i jest najbardziej zbliżony do zawartości występującej w skorupie kontynentalnej Ziemi.
Po uderzeniu w gwiazdę elementy zawarte wskład zniszczonego obiektu, taki jak lit i wapń, zaczynają emitować własne światło o unikalnych charakterystykach widmowych, pozwalających na ich jednoznaczną identyfikację.
Większość białych karłów teżgorące, a ich jasne światło utrudnia dostrzeżenie jakichkolwiek zanieczyszczeń. Jednak ostatnia misja Gaia pomogła zmapować dziesiątki starożytnych, chłodnych białych karłów, a astronomowie znaleźli wyraźne ślady kości planetarnych w atmosferach tych gwiazd.
Postać: 3. Populacja białych karłów w gromadzie kulistej NGC 6397. Niebieskie kwadraty - helowe białe karły, fioletowe kółka - „normalne” białe karły o wysokiej zawartości węgla
W przypadku układu WD zauważono J2317+1830nadmiar promieniowania podczerwonego, wskazujący na trwającą akrecję resztek z dysku okołogwiazdowego na karła, przy całkowitym tempie akrecji szacowanym na 3 × 106 gramów na sekundę.
Biorąc pod uwagę, że przodek tej bieliKrasnolud mógłby być gwiazdą o masie 4,8 razy większej od masy Słońca, a pomysł powstania planet po śmierci gwiazdy uznano za nieudany, co dowodzi idei, że gwiazdy typu widmowego B tworzą planetarne systemy i przetrwać do stadium białego karła.
- Egzoplanety
Ponadto WD J2317 + 1830 jest jednym z plikównajstarsze systemy, w których mogły powstać zróżnicowane planety skaliste. Wszystko to umożliwia nałożenie ograniczeń na modele formacji planet, które są niezwykle trudne do uzyskania na podstawie obserwacji planet wokół gwiazd lub gigantów ciągu głównego.
Jak to pomaga?
Według naukowców odkrycie rzuca światłona procesach zachodzących w naszym Wszechświecie, w którym wiele pokoleń układów planetarnych zmieniło się na przestrzeni 13 miliardów lat istnienia.
Czytaj więcej
Spójrz na 8 bilionów pikseli obrazu Marsa
Naukowcy opracowali substytut teorii względności. Jaka jest istota „teorii wszystkiego”?
Naukowcy znaleźli dowody na krzyżowanie się współczesnych ludzi z neandertalczykami