ต้นกำเนิดของดาวแคระขาว
แนวคิดสองประการมีบทบาทสำคัญในการอธิบายการกำเนิดของดาวแคระขาว ได้แก่ ความคิด
- ปฏิกิริยาฮีเลียมสามเท่าและแกนไอโซเทอร์มอลของดาวยักษ์แดง
ในช่วงวิวัฒนาการของดวงดาวหลักๆลำดับไฮโดรเจน“ เผาไหม้” - การสังเคราะห์นิวเคลียสด้วยการก่อตัวของฮีเลียม (ดูวงจร Bethe) ความเหนื่อยหน่ายดังกล่าวนำไปสู่การหยุดการปล่อยพลังงานในใจกลางดาวฤกษ์ การบีบอัด และทำให้อุณหภูมิและความหนาแน่นในแกนกลางเพิ่มขึ้นตามมา
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความหนาแน่นในแกนดาวนำไปสู่สภาวะที่มีการกระตุ้นแหล่งพลังงานแสนสาหัสแห่งใหม่: ฮีเลียมเบิร์นเอาท์ (ปฏิกิริยาฮีเลียมสามเท่าหรือกระบวนการอัลฟาสามเท่า) ลักษณะของดาวยักษ์แดงและซุปเปอร์ไจแอนต์
- การสูญเสียมวลและการปลอกเปลือกโดยยักษ์แดง
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดาวยักษ์แดงจะไม่เกิดขึ้นเฉพาะในแกนกลางเท่านั้น เมื่อไฮโดรเจนเผาไหม้ในแกนกลาง การสังเคราะห์นิวเคลียสของฮีเลียมจะแพร่กระจายไปยังบริเวณที่ยังมีไฮโดรเจนอยู่ของดาวฤกษ์ ซึ่งก่อตัวเป็นชั้นทรงกลมที่ขอบเขตของบริเวณที่ขาดแคลนไฮโดรเจนและบริเวณที่อุดมด้วยไฮโดรเจน
สถานการณ์ที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นกับปฏิกิริยาสามฮีเลียม: เมื่อฮีเลียมเผาไหม้ในแกนกลาง มันก็จะรวมความเข้มข้นในชั้นทรงกลมที่เส้นขอบระหว่างบริเวณที่ยากจนกับฮีเลียมและที่อุดมด้วยฮีเลียม
ความส่องสว่างของดวงดาวที่มี “สองชั้น” เช่นนี้พื้นที่ของการสังเคราะห์นิวเคลียสเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเข้าถึงความส่องสว่างของดวงอาทิตย์ได้ประมาณหลายพันดวง ในขณะที่ดาวฤกษ์ "ขยายวงกว้าง" โดยเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางให้เท่ากับขนาดของวงโคจรของโลก โซนการสังเคราะห์นิวเคลียสของฮีเลียมขึ้นสู่พื้นผิวของดาว เศษส่วนของมวลภายในโซนนี้คือ ~70% ของมวลของดาว
“การระเบิด” เกิดขึ้นพร้อมกับการที่สสารไหลออกจากพื้นผิวดาวฤกษ์อย่างรุนแรง
กลไกที่แน่นอนของการสูญเสียมวลและการดีดออกของซองจดหมายเพิ่มเติมสำหรับดาวดังกล่าวยังไม่ชัดเจน แต่ปัจจัยต่อไปนี้สามารถสันนิษฐานได้ซึ่งอาจส่งผลต่อการสูญเสียซองจดหมาย:
- เนื่องจากความส่องสว่างที่สูงมาก ความดันแสงของฟลักซ์การแผ่รังสีของดาวฤกษ์บนชั้นนอกของมันจึงมีความสำคัญ ซึ่งตามข้อมูลที่คำนวณได้ อาจนำไปสู่การสูญเสียซองจดหมายในหลายพันปี
- เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนของไฮโดรเจนในพื้นที่ที่อยู่ภายใต้โฟโตสเฟียร์ ความไม่เสถียรในการพาความร้อนที่รุนแรงสามารถพัฒนาได้ กิจกรรมพลังงานแสงอาทิตย์มีลักษณะคล้ายกัน แต่ในกรณีของดาวยักษ์แดง พลังของกระแสพาความร้อนควรสูงกว่าพลังสุริยะอย่างมาก
- ในซองดาวที่ขยายออก พวกมันสามารถความไม่เสถียรพัฒนาซึ่งนำไปสู่กระบวนการสั่นที่รุนแรงพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในระบบความร้อนของดาว ในรูป 4 สังเกตคลื่นความหนาแน่นของสสารที่ดาวพุ่งออกมาซึ่งอาจเป็นผลมาจากความผันผวนดังกล่าว
- ยักษ์แดงกับเทอร์โมนิวเคลียร์ "สองชั้น"จังหวะความร้อนพร้อมกับ "การเปลี่ยน" ของแหล่งความร้อนนิวเคลียร์ไฮโดรเจนและฮีเลียมและการสูญเสียมวลอย่างรุนแรงนั้นสังเกตได้จากแหล่งที่ผ่านไปยังช่วงปลายของการวิวัฒนาการไปยังสาขายักษ์ที่ไม่มีอาการ
- การหดตัวของดาวแคระขาว
นักทฤษฎีทำนายว่าสาวผิวขาวดาวแคระในช่วงเริ่มต้นของวิวัฒนาการควรหดตัวลง จากการคำนวณ เนื่องจากการเย็นลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป รัศมีของดาวแคระขาวทั่วไปสามารถลดลงหลายร้อยกิโลเมตรในช่วงล้านปีแรกของการดำรงอยู่
ในปี 2560 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวรัสเซียจากสถาบันดาราศาสตร์แห่งรัฐตั้งชื่อตาม P.K. Sternberg Moscow State University, สถาบันดาราศาสตร์ของ Russian Academy of Sciences, สถาบันฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและการทดลองซึ่งตั้งชื่อตาม A.I. Alikhanov และสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งชาติ (มิลาน) ภายใต้การนำของศาสตราจารย์ Sergei Borisovich โปปอฟบันทึกการค้นพบดาวแคระขาวอายุน้อยซึ่งมีรัศมีลดลงอย่างรวดเร็วมากเป็นครั้งแรกในโลก
นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียและผู้ช่วยชาวอิตาลีศึกษาการแผ่รังสีเอกซ์ของระบบดาวคู่ HD49798/RX J0648.0-4418 ซึ่งอยู่ในกลุ่มดาว Puppis ที่ระยะห่างจากโลกสองพันปีแสง ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารประกาศรายเดือนของ Royal Astronomical Societyในเดือนกุมภาพันธ์ 2561
คุณสมบัติของดาวแคระขาว
- องค์ประกอบทางเคมี
องค์ประกอบทางเคมีของดาวแคระขาวถูกกำหนดโดยระยะที่ปฏิกิริยาแสนสาหัสภายในดาวต้นกำเนิดสิ้นสุดลง
ถ้ามวลของดาวฤกษ์เดิมมีขนาดเล็ก 0.08-0.5 มวลดวงอาทิตย์ซึ่งไม่เพียงพอที่จะเริ่มการเผาไหม้ฮีเลียม จากนั้นหลังจากใช้ไฮโดรเจนจนหมด ดาวดังกล่าวก็จะกลายเป็นดาวแคระขาวฮีเลียมที่มีมวลมากถึง 0.5 พลังงานแสงอาทิตย์
ถ้าดาวดวงเดิมมีมวล 0.5-8มวลของดวงอาทิตย์ เท่านี้ก็เพียงพอแล้วสำหรับแฟลชฮีเลียม วิวัฒนาการของดาวจะดำเนินต่อไปในระยะยักษ์แดง และจะหยุดหลังจากที่ฮีเลียมเผาไหม้เท่านั้น แกนกลางที่เสื่อมสภาพของดาวดังกล่าวจะกลายเป็นดาวแคระขาวที่มีคาร์บอนออกซิเจนซึ่งมีมวล 0.5-1.2 พลังงานแสงอาทิตย์
เมื่อดาวฤกษ์ดวงเดิมมีมวล 8-12 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านี้ก็เพียงพอแล้วที่จะเริ่มเผาคาร์บอน วิวัฒนาการของดาวฤกษ์จะดำเนินต่อไป และคาร์บอนภายในสามารถแปรรูปเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่าได้ โดยเฉพาะนีออนและแมกนีเซียม จากนั้นขั้นตอนสุดท้ายในการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ดังกล่าวก็คือการก่อตัวของดาวแคระขาวที่มีออกซิเจน-นีออน-แมกนีเซียมซึ่งมีมวลใกล้กับขีดจำกัดจันทรเสกขา
วิวัฒนาการของดาวแคระขาว
ดาวแคระขาวเริ่มต้นวิวัฒนาการเมื่อแกนกลางเสื่อมโทรมของดาวยักษ์แดงที่หลุดเปลือกออกไป ซึ่งก็คือดาวฤกษ์ใจกลางเนบิวลาดาวเคราะห์อายุน้อย
อุณหภูมิของโฟโตสเฟียร์ของนิวเคลียสของดาวเคราะห์อายุน้อยเนบิวลามีอุณหภูมิสูงมากตัวอย่างเช่นอุณหภูมิของดาวกลางของเนบิวลา NGC 7293 อยู่ในช่วง 90,000 K (โดยประมาณจากเส้นดูดกลืน) ถึง 130,000 K (ประมาณจากสเปกตรัมรังสีเอกซ์) ที่อุณหภูมิเหล่านี้รังสีอัลตราไวโอเลตชนิดแข็งและรังสีเอกซ์อ่อนเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ของสเปกตรัม
ในเวลาเดียวกัน ดาวแคระขาวที่สังเกตพบอยู่ในนั้นสเปกตรัมส่วนใหญ่ถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ - “ไฮโดรเจน” คลาสสเปกตรัม DA ในสเปกตรัมที่ไม่มีเส้นฮีเลียม ซึ่งคิดเป็นประมาณ 80% ของประชากรดาวแคระขาว และ DB ระดับสเปกตรัม “ฮีเลียม” ที่ไม่มีเส้นไฮโดรเจน ในสเปกตรัม ซึ่งคิดเป็นส่วนใหญ่ของประชากรที่เหลืออีก 20%
สาเหตุของความแตกต่างในองค์ประกอบของบรรยากาศสีขาวนี้คนแคระยังคงไม่ชัดเจนมาเป็นเวลานาน ในปี พ.ศ. 2527 Iko Iben ได้พิจารณาสถานการณ์สำหรับ "ทางออก" ของดาวแคระขาวจากการกระเพื่อมของดาวยักษ์แดงบนกิ่งยักษ์เชิงเส้นกำกับที่ระยะการเต้นเป็นจังหวะต่างๆ
ในระยะหลังของวิวัฒนาการ ยักษ์แดงกับมวลดวงอาทิตย์มากถึงสิบเท่าอันเป็นผลมาจาก "ความเหนื่อยหน่าย" ของแกนฮีเลียม แกนที่เสื่อมสภาพจะก่อตัวขึ้น ซึ่งประกอบด้วยธาตุคาร์บอนและองค์ประกอบที่หนักกว่าเป็นส่วนใหญ่ ล้อมรอบด้วยแหล่งกำเนิดชั้นฮีเลียมที่ไม่เสื่อมสภาพซึ่งมีปฏิกิริยาฮีเลียมสามตัวเกิดขึ้น
ในเวลาอันสั้น (~ 30 ปี) ความสว่างไสวของแหล่งฮีเลียมเพิ่มขึ้นมากจนการเผาไหม้ฮีเลียมเข้าสู่โหมดการพาความร้อน ชั้นจะขยายตัว ผลักแหล่งกำเนิดชั้นไฮโดรเจนออกไป ซึ่งนำไปสู่การเย็นตัวและการหยุดการเผาไหม้ของไฮโดรเจน หลังจากที่ฮีเลียมส่วนเกินถูกเผาไหม้ในระหว่างการลุกเป็นไฟ ความส่องสว่างของชั้นฮีเลียมจะลดลง ชั้นไฮโดรเจนด้านนอกของดาวยักษ์แดงจะถูกบีบอัด และเกิดการจุดไฟใหม่ของแหล่งกำเนิดชั้นไฮโดรเจน
ปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับดาวแคระขาว
ลักษณะการแผ่รังสีของดาวแคระขาวในช่วงรังสีเอกซ์คือข้อเท็จจริงที่ว่าแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์สำหรับพวกมันคือโฟโตสเฟียร์ซึ่งทำให้พวกมันแตกต่างจากดาวฤกษ์ "ปกติ" อย่างมาก: หลังปล่อยรังสีเอกซ์โคโรนาที่ร้อนถึงหลายล้านเคลวินและอุณหภูมิของ โฟโตสเฟียร์ต่ำเกินไปที่จะปล่อยรังสีเอกซ์
ในกรณีที่ไม่มีการสะสม แหล่งกำเนิดแสงสีขาวดาวแคระเป็นแหล่งสะสมพลังงานความร้อนของไอออนในระดับความลึก ดังนั้นความส่องสว่างของพวกมันจึงขึ้นอยู่กับอายุ ทฤษฎีเชิงปริมาณของการเย็นตัวของดาวแคระขาวถูกสร้างขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1940 โดยศาสตราจารย์ซามูเอล แคปแลน
- การเพิ่มจำนวนดาวแคระขาวในระบบไบนารี
ในช่วงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลต่างกันในระบบไบนารี่ระบบต่างๆ อัตราการวิวัฒนาการของส่วนประกอบต่างๆ จะไม่เท่ากัน ในขณะที่ส่วนประกอบที่มีมวลมากกว่าสามารถพัฒนาเป็นดาวแคระขาวได้ ในขณะที่ส่วนประกอบที่มีมวลน้อยกว่าก็สามารถยังคงอยู่ในลำดับหลักได้ในเวลานี้
ในทางกลับกันในระหว่างการสืบเชื้อสายในกระบวนการวิวัฒนาการองค์ประกอบที่มีมวลน้อยกว่าจากลำดับหลักและการเปลี่ยนผ่านไปยังกิ่งของดาวยักษ์แดง ขนาดของดาวฤกษ์ที่กำลังพัฒนาเริ่มเติบโตจนเต็มกลีบโรช
- การรวมตัวแบบไม่คงที่บนดาวแคระขาวในหากดาวข้างเคียงเป็นดาวแคระแดงขนาดมหึมา มันจะนำไปสู่การปรากฏตัวของโนวาแคระ (ดาวประเภท U Gem (UG)) และดาวแปรผันที่คล้ายโนวา
- การสะสมบนดาวแคระขาวที่มีความเข้มแข็งสนามแม่เหล็กมุ่งตรงไปยังบริเวณขั้วแม่เหล็กของดาวแคระขาว และกลไกไซโคลตรอนของการแผ่รังสีของพลาสมาที่เพิ่มขึ้นในบริเวณใกล้ขั้วของสนามแม่เหล็กแคระทำให้เกิดโพลาไรเซชันที่รุนแรงของรังสีในบริเวณที่มองเห็นได้ (ขั้ว และขั้วกลาง)
- การสะสมบนดาวแคระขาวที่อุดมด้วยไฮโดรเจนสสารนำไปสู่การสะสมบนพื้นผิว (ประกอบด้วยฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่) และความร้อนจนถึงอุณหภูมิของปฏิกิริยาฮีเลียมฟิวชัน ซึ่งในกรณีของการพัฒนาความไม่เสถียรทางความร้อน จะนำไปสู่การระเบิดที่สังเกตได้ว่าเป็นการระเบิดของดาวดวงใหม่
- เพิ่มขึ้นนานเพียงพอและเข้มข้นบนดาวแคระขาวขนาดมหึมานำไปสู่มวลของมันที่เกินขีดจำกัดจันทรเสกขาร์และการระเบิดด้วยความร้อนแสนสาหัสซึ่งสังเกตได้ว่าเป็นซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ตัวอย่างของเหตุการณ์ดังกล่าวคือการระเบิดของซุปเปอร์โนวา SN 1572
การก่อตัวของจานดาวแคระขาว
นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์แห่งสหรัฐอเมริกาตัดสินใจความลึกลับที่ล้อมรอบการก่อตัวของดิสก์เศษซากรอบๆ ดาวแคระขาว เป็นที่รู้กันว่าดิสก์เหล่านี้ปรากฏขึ้นหลังจากเวทีดาวยักษ์แดงเพียง 10-20 ล้านปีเท่านั้น
ในช่วงดาวยักษ์แดง ดาวจะสูญเสียมวลไปบางส่วนก่อนที่จะกลายเป็นดาวแคระขาวที่มีคาร์บอนและออกซิเจน ซึ่งมีขนาดประมาณโลกและครึ่งหนึ่งของมวลดวงอาทิตย์
ขณะนี้วงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่นๆไม่เสถียรและดาวเคราะห์น้อยถูกโยนไปทางดาวแคระขาว เมื่อพวกเขาเข้าไปใกล้เกินไป แรงคลื่นของดาวจะทำให้พวกมันกลายเป็นฝุ่น ดาวแคระขาวอายุน้อยคาดว่าจะก่อตัวเป็นจานอย่างรวดเร็ว แต่นี่ไม่ใช่กรณี
ปรากฎว่าความล่าช้าถูกอธิบายอย่างแม่นยำโดยอุณหภูมิของดาวแคระขาว มันร้อนมากจนฝุ่นจะระเหยและกระจายไปอย่างรวดเร็ว การระเหยนี้จะหยุดก็ต่อเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวของดาวแคระขาวเย็นลงเหลือประมาณ 27,000 เคลวิน ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลเชิงสังเกต: พบแผ่นดิสก์ในดาวแคระที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าวิกฤต
อ่านเพิ่มเติม:
เครือข่ายประสาทที่ทรงพลังที่สุดได้ถูกสร้างขึ้นในประเทศจีน: มีประสิทธิผลมากกว่าแอนะล็อกถึง 10 เท่า
นักฟิสิกส์ได้สร้างสสารแรกที่ปรากฏขึ้นหลังบิกแบงขึ้นใหม่
เครื่องยนต์ไฮโดรเจนขนาดเล็กเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล