Originea piticilor albi
Două idei au jucat un rol cheie în explicarea genezei piticelor albe: gândul
- Reacție triplă de heliu și miezuri izoterme ale giganților roșii
În timpul evoluției stelelor, principalulsecvență, hidrogenul „se arde” - nucleosinteză cu formarea heliului (vezi ciclul Bethe). O astfel de epuizare duce la încetarea eliberării de energie în părțile centrale ale stelei, la compresie și, în consecință, la o creștere a temperaturii și a densității în miezul acesteia.
Creșterea temperaturii și densității în nucleul stelarconduce la condiții în care este activată o nouă sursă de energie termonucleară: arderea heliului (reacție triplă cu heliu sau proces tripla alfa), caracteristică giganților roșii și supergigantelor.
- Pierderea masei și vărsarea cochiliei de către giganții roșii
Reacțiile nucleare la giganții roșii nu au locnumai în miez: pe măsură ce hidrogenul se arde în miez, nucleosinteza heliului se răspândește în regiunile încă bogate în hidrogen ale stelei, formând un strat sferic la limita regiunilor sărace și bogate în hidrogen.
O situație similară apare cu reacția cu triplu heliu: pe măsură ce heliul arde în miez, se concentrează și într-un strat sferic la granița dintre regiunile sărace în heliu și cele bogate în heliu.
Luminozitatea stelelor cu un astfel de „strat dublu”zonele de nucleosinteză cresc semnificativ, atingând aproximativ câteva mii de luminozități ale Soarelui, în timp ce steaua „se umflă”, crescându-și diametrul la dimensiunea orbitei Pământului. Zona de nucleosinteză a heliului se ridică la suprafața stelei: fracțiunea de masă din interiorul acestei zone este de ~70% din masa stelei.
„Inflarea” este însoțită de un flux destul de intens de materie de pe suprafața stelei; se observă obiecte precum nebuloasele protoplanetare.
Mecanismele exacte ale pierderii de masă și ale ejectării învelișului pentru astfel de stele sunt încă neclare, dar se pot presupune următorii factori care pot contribui la pierderea învelișului:
- Datorită luminozității extrem de ridicate, presiunea luminii fluxului de radiații al stelei pe straturile sale externe devine semnificativă, ceea ce, conform datelor calculate, poate duce la pierderea plicului în câteva mii de ani.
- Datorită ionizării hidrogenului în regiunile situatesub fotosferă se poate dezvolta o puternică instabilitate convectivă. Activitatea solară are o natură similară, dar în cazul giganților roșii, puterea fluxurilor convective ar trebui să o depășească semnificativ pe cea solară.
- În plicuri stelare extinse, potse dezvoltă instabilități, ducând la procese oscilatorii puternice, însoțite de o schimbare a regimului termic al stelei. În fig. 4, se observă unde de densitate ale materiei evacuate de stea, care pot fi consecințele unor astfel de fluctuații.
- Giganți roșii cu un termonuclear „cu două straturi”pulsațiile termice, însoțite de „comutarea” surselor termonucleare de hidrogen și heliu și de o pierdere intensă de masă, sunt observate de surse care au trecut într-un stadiu târziu al evoluției lor la ramura asimptotică a giganților.
- Contracția piticilor albi
Teoreticienii au prezis că tinerii albipiticii aflați într-un stadiu incipient al evoluției ar trebui să se micșoreze. Conform calculelor, datorită răcirii treptate, raza unei pitice albe tipice poate fi redusă cu câteva sute de kilometri în primul milion de ani de existență.
În 2017, astrofizicienii ruși dinInstitutul Astronomic de Stat, numit după Universitatea de Stat P.K. Sternberg din Moscova, Institutul de Astronomie al Academiei Ruse de Științe, Institutul de Fizică Teoretică și Experimentală, numit după A.I. Alikhanov și Institutul Național de Astrofizică (Milan), sub conducerea profesorului Serghei Borisovici Popov, pentru prima dată în lume, a documentat descoperirea unei tinere pitice albe, cu raza în scădere foarte rapidă.
Oamenii de știință ruși și asistenții lor italienia studiat emisia de raze X a sistemului binar HD49798/RX J0648.0-4418, situat în constelația Puppis la o distanță de două mii de ani lumină de Pământ. Rezultatele cercetării au fost publicate în jurnalNotificări lunare ale Societății Astronomice Regaleîn februarie 2018
Proprietățile piticilor albi
- Compoziție chimică
Compoziția chimică a unei pitice albe este determinată de stadiul în care s-au încheiat reacțiile termonucleare din interiorul stelei progenitoare.
Dacă masa stelei originale este mică, 0,08-0,5 maseSoarele, care nu este suficient pentru a începe arderea heliului, apoi după consumarea întregii surse de hidrogen, astfel de stele devin pitici albi cu heliu cu o masă de până la 0,5 solară.
Dacă steaua inițială are o masă de 0,5-8masele Soarelui, atunci acest lucru este suficient pentru un fulger de heliu, evoluția stelei va continua în faza gigantului roșu și se va opri numai după ce heliul arde. Nucleul degenerat rezultat al unei astfel de stele va deveni o pitică albă carbon-oxigen cu o masă de 0,5-1,2 solare.
Când steaua originală are o masă de 8-12 mase solare,acest lucru este suficient pentru a începe arderea carbonului, evoluția stelei va continua și carbonul din interiorul său poate fi transformat în elemente mai grele, în special neon și magneziu. Și apoi etapa sa finală în evoluția unei astfel de stele poate fi formarea unei pitice albe oxigen-neon-magneziu cu o masă apropiată de limita Chandrasekhar.
Evoluția piticilor albi
Piticele albe își încep evoluția ca nuclee degenerate expuse ale giganților roșii care și-au pierdut coaja - adică ca stele centrale ale nebuloaselor planetare tinere.
Temperaturile fotosfere ale nucleelor tinerilor planetarinebuloasele sunt extrem de ridicate - de exemplu, temperatura stelei centrale a nebuloasei NGC 7293 variază de la 90.000 K (estimată din liniile de absorbție) până la 130.000 K (estimată din spectrul de raze X). La aceste temperaturi, razele ultraviolete dure și razele X moi reprezintă cea mai mare parte a spectrului.
În același timp, piticile albe observate în lorspectrele sunt împărțite în mod predominant în două grupuri mari - clasa spectrală „hidrogen” DA, în spectrele căreia nu există linii de heliu, care reprezintă ~ 80% din populația de pitice albe și clasa spectrală „heliu” DB fără linii de hidrogen. în spectre, alcătuind cea mai mare parte din restul de 20% populații.
Motivul acestei diferențe în compoziția atmosferelor albepiticii au rămas neclari multă vreme. În 1984, Iko Iben a luat în considerare scenarii pentru „ieșirea” piticelor albe din giganții roșii pulsatori de pe ramura gigantului asimptotic la diferite faze de pulsație.
Într-o etapă ulterioară a evoluției, giganții roșii cupână la zece mase solare, ca urmare a „epuizării” miezului de heliu, se formează un miez degenerat, format în principal din carbon și elemente mai grele, înconjurat de o sursă de strat de heliu nedegenerată, în care are loc o reacție triplă de heliu loc.
Într-un timp extrem de scurt (~ 30 de ani), luminozitateaa sursei de heliu crește atât de mult încât arderea heliului intră în modul convectiv, stratul se extinde, împingând sursa stratului de hidrogen, ceea ce duce la răcirea acestuia și încetarea arderii hidrogenului. După ce excesul de heliu este ars în timpul flăcării, luminozitatea stratului de heliu scade, straturile externe de hidrogen ale gigantului roșu sunt comprimate și apare o nouă aprindere a sursei stratului de hidrogen.
Fenomene astronomice care implică pitici albi
O caracteristică a radiației piticilor albi dinGama de raze X este faptul că principala sursă de radiații cu raze X pentru ei este fotosfera, care le distinge brusc de stelele „normale”: aceasta din urmă emite o coroană de raze X încălzită la câteva milioane de Kelvin, iar temperatura fotosfera este prea mică pentru a emite raze X.
În absența acumulării, sursa de luminozitate albăpiticii sunt depozitul de energie termică al ionilor din intestinele lor, deci luminozitatea lor depinde de vârstă. O teorie cantitativă a răcirii piticilor albi a fost construită la sfârșitul anilor 1940 de profesorul Samuel Kaplan.
- Acreția pe piticii albi în sistemele binare
În timpul evoluției stelelor de diferite mase în binarsisteme, ratele de evoluție ale componentelor nu sunt aceleași, în timp ce o componentă mai masivă poate evolua într-o pitică albă, în timp ce una mai puțin masivă poate rămâne pe secvența principală până în acest moment.
La rândul său, în timpul coborârii în procesul de evoluțieo componentă mai puțin masivă din secvența principală și tranziția sa la ramura giganților roșii, dimensiunea unei stele în evoluție începe să crească până când își umple lobul Roche.
- Acreție nestaționară asupra piticelor albe înслучае, если компаньоном является массивный красный карлик, приводит к возникновению карликовых новых (звёзд типа U Gem (UG)) и новоподобных катастрофических переменных звёзд.
- Acreție pe pitici albe cu puternicecâmp magnetic, este direcționat către regiunea polilor magnetici ai piticii albe, iar mecanismul ciclotron de radiație a plasmei de acumulare în regiunile aproape polare ale câmpului magnetic pitic determină o polarizare puternică a radiațiilor în regiunea vizibilă (polare). și polari intermediari).
- Acreția pe piticele albe bogate în hidrogenmateria duce la acumularea ei la suprafață (formată în principal din heliu) și încălzirea la temperaturile reacției de fuziune a heliului, ceea ce, în cazul dezvoltării instabilității termice, duce la o explozie observată ca o explozie a unei noi stele.
- Acreție suficient de lungă și intensă peo pitică albă masivă duce la depășirea masei sale de limita Chandrasekhar și la o explozie termonucleară, observată ca o supernovă de tip Ia. Un exemplu de astfel de eveniment este explozia supernovei SN 1572.
Formarea discurilor pitice albe
Oamenii de știință de la Institutul de Științe Planetare din SUA au decismisterul în jurul formării de discuri de resturi în jurul piticelor albe. Se știe că aceste discuri apar la numai 10-20 de milioane de ani după stadiul gigantului roșu.
În timpul fazei de gigant roșie, steaua își pierde o parte semnificativă din masă înainte de a deveni o pitică albă carbon-oxigen, aproximativ de dimensiunea Pământului și jumătate din masa Soarelui.
În acest moment, orbitele oricăror planete rămasedestabilizat, iar asteroizii sunt aruncați către pitica albă. Când se apropie prea mult, forțele de maree ale stelei le transformă în praf. Se așteaptă ca tinerele pitice albe să formeze rapid discuri, dar nu este cazul.
S-a dovedit că întârzierea a fost explicată tocmai detemperatura piticelor albe. Sunt atât de fierbinți încât orice praf se va evapora și se va disipa rapid. Această evaporare se oprește numai atunci când temperatura de suprafață a piticii albe se răcește la aproximativ 27 mii Kelvin. Acest lucru este în concordanță cu datele observaționale: au fost găsite discuri la pitici ale căror temperaturi sunt sub critice.
Citeste mai mult:
O rețea neuronală puternică a fost creată în China: este de 10 ori mai productivă decât analogii
Fizicienii au recreat prima substanță care a apărut după Big Bang
Micul motor cu hidrogen înlocuiește omologii cu combustibili fosili