Що таке білі карлики?
Білі карлики - це зорі, що складаються з електронно-ядерної плазми, позбавлені
Найближчий відомий білий карлик - Сіріус B,що знаходиться на відстані в 8,6 світлових років. Передбачається, що серед ста найближчих до Сонця зоряних систем білими карликами є вісім зірок. В даний час білі карлики складають, за різними оцінками, від 3 до 10% зоряного населення нашої галактики (невизначеність оцінки обумовлена труднощами спостереження віддалених білих карликів через їхню малу світності).
Білі карлики утворюються в процесі еволюції зірок, маса яких недостатня для того, щоб стати нейтронною зіркою, а саме не перевищуєприблизно в 10 разів більше маси Сонця, що в нашій галактиці становить понад 97%Коли зірка головної послідовності малої або середньої маси закінчуєтьсяПеретворюючи водень на гелій, він розширюється, перетворюючись на червоного гіганта.
Червоний гігант підтримується термоядерними реакціями, які перетворюють гелій на вуглець і кисень.Якщо маса червоного гіганта недостатня для підвищення температури ядра до рівня, необхідного для термоядерних реакцій за участю вуглецю, що утворився, це відбуваєтьсяЙого накопичення в ядрі зірки разом з киснем.
Зірка скидає зовнішню оболонку, формуючи планетарну туманність, а колишнє ядро зірки стає білим карликом, що складається з вуглецю і кисню.
Білий карлик Сіріус B (відзначений стрілкою) поряд з яскравим Сириусом A. Фото телескопа Хаббл
Походження білих карликів
У поясненні генезису білих карликів ключовуроль зіграли дві ідеї: думка астронома Ернста Епіка, що червоні гіганти утворюються із зірок головної послідовності в результаті вигоряння ядерного пального, і припущення астронома Василя Фесенкова, що зірки головної послідовності повинні втрачати масу, і така втрата маси повинна робити істотний вплив на еволюцію зірок. Ці припущення повністю підтвердилися.
- Стиснення білих карликів
Теоретики передбачали, що молоді білі карлики повинні зруйнуватися на ранніх стадіях своєї еволюції.Згідно з розрахунками, за рахунок поступового охолодження радіус типового білого карлика можескоротилися на кілька сотень кілометрів за перший мільйон років існування.
У 2017 році російські астрофізики зДержавного астрономічного інституту імені П. К. Штернберга МДУ, Інституту астрономії РАН, Інституту теоретичної та експериментальної фізики імені А. І. Аліханова та Національного інституту астрофізики (Мілан) під керівництвом професора Сергія Борисовича Попова вперше в світі швидко зменшує радіус.
Російські вчені та їхні італійські помічникививчали рентгенівське випромінювання подвійної системи HD49798/RX J0648.0-4418, розташованої в сузір'ї Корми на відстані дві тисячі світлових років від Землі. Результати досліджень опубліковано в журналіMonthly Notices of the Royal Astronomical Societyу лютому 2018 року.
Мал. 8. Екзотична подвійна система PSR J0348 + 0432, що складається з пульсара і білого карлика, який обертається навколо нього за 2,5 години
Еволюція білих карликів
Білі карлики починають свою еволюцію як вироджені ядра червоних гігантів, що оголилися, скинули свою оболонку — тобто в якості центральних зірок молодих планетарних туманностей.
Температура фотосфери ядер молодих планетарнихтуманностей надзвичайно високі - так, наприклад, температура центральної зірки туманності NGC 7293 становить від 90 000 К (оцінка по лініях поглинання) до 130 000 К (оцінка по рентгенівському спектрі). При таких температурах велика частина спектра припадає на жорстке ультрафіолетове і м'яке рентгенівське випромінювання.
Разом з тим, спостерігаються білі карлики за своїмиспектрам переважно діляться на дві великі групи — «водневі» спектрального класу DA, у спектрах яких відсутні лінії гелію, які становлять ~80 % популяції білих карликів, і «гелієві» спектрального класу DB без ліній водню в спектрах, що становлять більшу частину 20%, що залишилися. популяції.
Причина такої відмінності складу атмосфер білихкарликів довгий час залишалася неясною. У 1984 році Ико Ібен розглянув сценарії «виходу» білих карликів з пульсуючих червоних гігантів, які перебувають на асимптотической галузі гігантів, на різних фазах пульсації.
Пізня стадія
На пізній стадії еволюції у червоних гігантів змасами до десяти сонячних в результаті «вигоряння» гелієвого ядра утворюється вироджене ядро, що складається переважно з вуглецю і більш важких елементів, оточене невиродженим шаром гелієвим шаровим джерелом, в якому йде потрійна гелієва реакція.
У свою чергу, над ним розташовується шаровийводневе джерело, в якому йдуть термоядерні реакції циклу Бете перетворення водню на гелій, оточений водневою оболонкою; таким чином, зовнішнє водневе шарове джерело є «виробником» гелію для гелієвого шарового джерела.
Горіння гелію в шаровому джерелі схильнетеплової нестійкості внаслідок надзвичайно високої залежності від температури, і це посилюється більшою швидкістю перетворення водню на гелій порівняно зі швидкістю вигоряння гелію; результатом стає накопичення гелію, його стиск до початку виродження, різке підвищення швидкості потрійної гелієвої реакції та розвитокшарової гелієвої спалаху.
Мал. 5. Планетарна туманність NGC 3132: в центрі подвійна зірка - аналог Сіріуса
Як світло від білих карликів може допомогти вченим?
- планетарні системи
У новому дослідженні астрономи під керівництвомМарка А. Холландса (Mark A. Hollands) показують, що після загибелі зірки не всі свідчення про існування планетної системи зникають з карти Галактики.
Якщо в системі залишаються планети або їх оголеніядра, то гравітаційна взаємодія між ними може призвести до того, що уламки зрештою впадуть на залишки батьківської зірки. Ці залишки зірки, звані білим карликом, майже повністю складаються з вуглецю та кисню, оточених щільною, але тонкою оболонкою з водню та гелію.
Природно, будь-який об'єкт, який підійшов надтоблизько, буде розірваний на шматочки під дією екстремальної гравітації білого карлика, а його уламки впадуть на поверхню зірки, де відбудеться їх перемішування з воднем і гелієм оболонок.
У фотосфери карликів були знайдені літій, кальційі натрій, при цьому в разі карлика LHS 2534 були знайдені також магній, калій, хром і залізо. Склад уламкового матеріалу, який потрапляє на досліджені білі карлики, збагачений літієм і збіднений кальцієм в порівнянні з тілами Сонячної системи і найближче відповідає змісту, виявленому в материковій корі Землі.
Після попадання на зірку елементи, що входили досклад знищеного об'єкта, такі як літій та кальцій, починають випромінювати власне світло з унікальними спектральними характеристиками, що дозволяють зробити їх однозначну ідентифікацію.
Більшість білих карликів є занадтогарячими, і їх яскраве світло заважає розгледіти будь-яке забруднення. Однак недавня місія Gaia допомогла скласти карти розташування десятків древніх, холодних білих карликів, і астрономи виявили явні ознаки «кісток» планет в атмосферах цих зірок.
Мал. 3. Популяція білих карликів в кульовому зоряному скупченні NGC 6397. Сині квадрати - гелієві білі карлики, фіолетові кружки - «нормальні» білі карлики з високим вмістом вуглецю
У разі системи WD J2317+1830 було поміченонадлишок інфрачервоного випромінювання, що говорить про акрецію, що триває, уламків з навколозоряного диска на карлик, при цьому загальна швидкість акреції оцінюється в 3×106 грам в секунду.
Якщо врахувати, що прабатьком цього білогокарлика могла бути зірка з масою 4,8 маси Сонця, а ідея про утворення планет вже після смерті зірки була визнана невдалою, то це доводить ідею про те, що зірки спектрального типу B утворюють планетні системи і доживають до стадії білого карлика.
- екзопланети
Крім того, WD J2317 + 1830 є однією знайстаріших систем, де могли сформуватися диференційовані скласти планети. Все це дозволяє накласти обмеження на моделі формування планет, які надзвичайно важко отримати в ході спостережень за планетами навколо зірок головної послідовності або гігантів.
Чим це допоможе?
На думку вчених, відкриття проливає світлона процеси, що відбуваються в нашому Всесвіті, в якому за 13 мільярдів років існування змінилося багато поколінь планетних систем.
Читати далі
Подивіться на зображення Марса з 8 трильйонів пікселів
Вчені вивели заміну для теорії відносності. У чому суть «теорії всього»?
Вчені знайшли доказ схрещування сучасних людей з неандертальцями