Ursprunget till vita dvärgar
Två idéer spelade en nyckelroll för att förklara uppkomsten av vita dvärgar: tanken
- Trippel heliumreaktion och isotermiska kärnor hos röda jättar
Under utvecklingen av stjärnor, den viktigastesekvens, väte "bränner ut" - nukleosyntes med bildning av helium (se Bethe-cykeln). Sådan utbrändhet leder till att energiutsläppet i stjärnans centrala delar upphör, kompression och följaktligen till en ökning av temperatur och densitet i dess kärna.
Ökning av temperatur och densitet i stjärnkärnanleder till förhållanden där en ny källa till termonukleär energi aktiveras: heliumutbrändhet (trippel heliumreaktion eller trippel alfa-process), kännetecknande för röda jättar och superjättar.
- Massförlust och skalbortfall av röda jättar
Kärnreaktioner i röda jättar förekommer intebara i kärnan: när väte brinner ut i kärnan sprids heliumnukleosyntesen till stjärnans fortfarande väterika regioner och bildar ett sfäriskt lager vid gränsen mellan de vätefattiga och väterika regionerna.
En liknande situation uppstår med trippelheliumreaktionen: när helium brinner ut i kärnan koncentreras det också i ett sfäriskt skikt vid gränsen mellan heliumfattiga och heliumrika regioner.
Ljusstyrkan hos stjärnor med sådana "dubbellager"områden av nukleosyntes ökar avsevärt och når ungefär flera tusen solens ljusstyrkor, medan stjärnan "sväller" och ökar sin diameter till storleken på jordens omloppsbana. Heliumnukleosynteszonen stiger till stjärnans yta: massan i denna zon är ~70 % av stjärnans massa.
"Att blåsa upp" åtföljs av ett ganska intensivt utflöde av materia från stjärnans yta, föremål som protoplanetära nebulosor observeras.
De exakta mekanismerna för massförlust och ytterligare kuvertutkastning för sådana stjärnor är fortfarande oklara, men följande faktorer kan antas som kan bidra till kuvertförlusten:
- På grund av den extremt höga ljusstyrkan blir ljustrycket från stjärnans strålningsflöde på dess yttre lager betydande, vilket enligt beräknade data kan leda till förlust av kuvertet på flera tusen år.
- På grund av jonisering av väte i de regioner som liggerunder fotosfären kan stark konvektiv instabilitet utvecklas. Solaktivitet har en liknande karaktär, men när det gäller röda jättar bör kraften i konvektiva flöden överstiga solens kraft.
- I utökade stjärnkuvert kan deinstabiliteter utvecklas, vilket leder till starka oscillerande processer, åtföljd av en förändring i stjärnans termiska regim. I fig. 4 observeras densitetsvågor av den materia som matas ut av stjärnan, vilket kan vara konsekvenserna av sådana fluktuationer.
- Röda jättar med en "två lager" termonukleärtermiska pulsationer, åtföljda av "omkoppling" av väte- och heliumtermonukleära källor och intensiv massförlust, observeras av källor som har gått i ett sent skede av deras utveckling till den asymptotiska grenen av jättar.
- Sammandragning av vita dvärgar
Teoretiker förutspådde att unga vitadvärgar i ett tidigt skede av evolutionen bör krympa. Enligt beräkningar kan radien för en typisk vit dvärg på grund av gradvis avkylning minskas med flera hundra kilometer under de första miljoner åren av dess existens.
År 2017 ryska astrofysiker frånStatens astronomiska institut uppkallat efter P.K. Sternberg Moscow State University, Institutet för astronomi vid Ryska vetenskapsakademin, Institutet för teoretisk och experimentell fysik uppkallat efter A.I. Alikhanov och National Institute of Astrophysics (Milano) under ledning av professor Sergei Borisovich Popov, för första gången i världen, dokumenterade upptäckten av en ung vit dvärg, mycket snabbt minskande radie.
Ryska vetenskapsmän och deras italienska assistenterstuderade röntgenstrålningen från det binära systemet HD49798/RX J0648.0-4418, beläget i stjärnbilden Puppis på ett avstånd av två tusen ljusår från jorden. Forskningsresultaten publicerades i tidskriftenMånadsvisa meddelanden från Royal Astronomical Societyi februari 2018
Egenskaper hos vita dvärgar
- Kemisk sammansättning
Den kemiska sammansättningen av en vit dvärg bestäms av det stadium då termonukleära reaktioner inuti stamfadersstjärnan slutade.
Om massan av den ursprungliga stjärnan är liten, 0,08-0,5 massorSolen, som inte räcker för att påbörja förbränning av helium, blir sådana stjärnor, efter att ha förbrukat hela väteförrådet, heliumvita dvärgar med en massa på upp till 0,5 sol.
Om den ursprungliga stjärnan har en massa på 0,5-8massor av solen, då räcker det för en heliumblixt, stjärnans utveckling kommer att fortsätta i den röda jättefasen och kommer att sluta först efter att heliumet brinner ut. Den resulterande degenererade kärnan hos en sådan stjärna blir en kolsyrevit dvärg med en massa av 0,5-1,2 sol.
När den ursprungliga stjärnan har en massa på 8-12 solmassor,detta är tillräckligt för att börja bränna kol, stjärnans utveckling kommer att fortsätta ytterligare och kolet i dess inre kan bearbetas till tyngre element, särskilt neon och magnesium. Och sedan kan dess sista steg i utvecklingen av en sådan stjärna vara bildandet av en syre-neon-magnesium vit dvärg med en massa nära Chandrasekhar-gränsen.
Utvecklingen av vita dvärgar
Vita dvärgar börjar sin evolution som de exponerade degenererade kärnorna av röda jättar som har fällt sitt skal - det vill säga som de centrala stjärnorna i unga planetariska nebulosor.
Temperaturerna på fotosfärerna i kärnorna hos unga planetariskanebulosor är extremt höga - till exempel varierar temperaturen för den centrala stjärnan i nebulosan NGC 7293 från 90 000 K (beräknad från absorptionslinjer) till 130 000 K (beräknad från röntgenspektrum). Vid dessa temperaturer är det mesta av spektrumet hårda ultravioletta och mjuka röntgenstrålar.
Samtidigt, de observerade vita dvärgarna i sinaspektra är övervägande uppdelade i två stora grupper - "väte" spektralklass DA, i vars spektra det inte finns några heliumlinjer, som utgör ~80% av populationen av vita dvärgar, och "helium" spektralklass DB utan vätelinjer i spektrat, som utgör de flesta av de återstående 20% populationerna.
Anledningen till denna skillnad i sammansättningen av vita atmosfärerdvärgar förblev otydliga under lång tid. 1984 övervägde Iko Iben scenarier för vita dvärgars "utträde" från pulserande röda jättar på den asymptotiska jättegrenen vid olika pulsationsfaser.
I ett senare skede av evolutionen, röda jättar medupp till tio solmassor som ett resultat av "utbrändheten" av heliumkärnan bildas en degenererad kärna, som huvudsakligen består av kol och tyngre element, omgiven av en icke-degenererad heliumskiktkälla där en trippel heliumreaktion äger rum.
På extremt kort tid (~ 30 år), ljusstyrkanav heliumkällan ökar så mycket att förbränningen av helium går in i konvektivt läge, expanderar skiktet och skjuter ut vätelagerkällan, vilket leder till att det svalnar och väteförbränningen upphör. Efter att överskottet av helium har bränts ut under uppblåsningen minskar heliumskiktets ljusstyrka, de röda jättens yttre väteskikt komprimeras och en ny antändning av vätelagerskällan inträffar.
Astronomiska fenomen som involverar vita dvärgar
Ett inslag i strålningen av vita dvärgar iRöntgenomfång är det faktum att den huvudsakliga källan till röntgenstrålning för dem är fotosfären, som skarpt skiljer dem från "normala" stjärnor: den senare avger en röntgenkorona uppvärmd till flera miljoner Kelvin, och temperaturen på fotosfären är för låg för att avge röntgen.
I avsaknad av tillväxt, den vita ljusstyrkandvärgar är förvaringen av jonernas termiska energi i tarmarna, så deras ljusstyrka beror på ålder. En kvantitativ teori om kylning av vita dvärgar byggdes i slutet av 1940-talet av professor Samuel Kaplan.
- Ackretion on White Dwarfs in Binary Systems
Under utvecklingen av stjärnor med olika massor i binärsystem, är komponenternas utvecklingshastigheter inte desamma, medan en mer massiv komponent kan utvecklas till en vit dvärg, medan en mindre massiv kan vara kvar i huvudsekvensen vid det här laget.
I sin tur, vid nedstigning i utvecklingsprocessenen mindre massiv komponent från huvudsekvensen och dess övergång till grenen av röda jättar, storleken på en stjärna i utveckling börjar växa tills den fyller sin Roche-lob.
- Icke-stationär tillväxt på vita dvärgar iOm följeslagaren är en massiv röd dvärg leder det till uppkomsten av dvärgnovaer (stjärnor av U Gem (UG)) och novaliknande katastrofala variabla stjärnor.
- Ackretion på vita dvärgar med starkamagnetfält, riktas mot området för den vita dvärgens magnetiska poler, och cyklotronmekanismen för strålning av den tilltagande plasman i de nära polära regionerna i dvärgens magnetfält orsakar en stark polarisering av strålning i det synliga området (polar och mellanliggande poler).
- Ackretion på vätgasrika vita dvärgarmateria leder till ackumulering på ytan (huvudsakligen bestående av helium) och uppvärmning till temperaturerna i heliumfusionsreaktionen, vilket, i fallet med utvecklingen av termisk instabilitet, leder till en explosion som observeras som en sprängning av en ny stjärna.
- Tillräckligt lång och intensiv tillväxten massiv vit dvärg leder till att dess massa överskrider Chandrasekhar-gränsen och en termonukleär explosion, observerad som en typ Ia-supernova. Ett exempel på en sådan händelse är explosionen av supernova SN 1572.
Bildande av vita dvärgskivor
Forskare vid US Planetary Science Institute beslutademysterium kring bildandet av skräpskivor runt vita dvärgar. Dessa skivor är kända för att dyka upp endast 10-20 miljoner år efter det röda jättestadiet.
Under den röda jättefasen förlorar stjärnan en betydande del av sin massa innan den blir en kol-syrevit dvärg, ungefär lika stor som jorden och hälften av solens massa.
Vid den här tiden är banorna på eventuella kvarvarande planeterdestabiliserade och asteroider kastas mot den vita dvärgen. När de kommer för nära förvandlar stjärnans tidvattenkrafter dem till damm. Unga vita dvärgar förväntas bilda skivor snabbt, men så är inte fallet.
Det visade sig att förseningen förklarades exakt avtemperaturen på vita dvärgar. De är så heta att damm snabbt avdunstar och försvinner. Denna avdunstning stoppar bara när den vita dvärgens yttemperatur kyler ner till cirka 27 tusen Kelvin. Detta överensstämmer med observationsdata: skivor har hittats i dvärgar vars temperatur är under kritisk.
Läs mer:
Ett kraftfullt neuralt nätverk har skapats i Kina: det är tio gånger mer produktivt än analoger
Fysiker har återskapat det första ämnet som dök upp efter Big Bang
En liten vätgasmotor ersätter motsvarigheter för fossila bränslen