BALTASIS NYKŠTUKAS: SAVYBĖS, SUDĖTIS, FORMAVIMAS, RŪŠYS - ARTE - 2025

Baltoji nykštukė žvaigždė per pastaruosius etapuose jo kitimą, kurio jau naudojamas iki visą vandenilį šerdyje, taip pat kaip ir jo vidinio reaktoriumi. Tokiomis aplinkybėmis žvaigždė atvėsta ir nuostabiai susitraukia dėl savo pačios sunkumo.

Jo egzistavimo metu kaupiama tik šiluma, taigi tam tikra prasme baltasis nykštukas yra tarsi tas žmogus, kuris lieka išleidus kolosinį ugnį. Prireiks milijonų metų, kol paskutinis šilumos kvapas ją paliks, paversdamas šaltu ir tamsiu daiktu.

1 pav. Dvejetainės sistemos „Sirius A“ (pagrindinė žvaigždė) ir „Sirius B“ (baltoji nykštukė) vaizdas iš rentgeno spindulių, kuriuos paėmė „Chandra“. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Atradimas

Nors dabar žinoma, kad jų gausu, jie niekada nebuvo lengvai pastebimi, nes yra nepaprastai maži.

Pirmąjį baltąjį nykštuką atrado Viljamas Herschelis 1783 m., Kaip Eridani žvaigždžių sistemos dalį 40, Eridano žvaigždyne, kurio ryškiausia žvaigždė yra Achernaras, žiemą matomas iš pietų (šiauriniame pusrutulyje).

40 Eridani sudaro trys žvaigždės, viena iš jų, 40 Eridane A. yra matoma plika akimi, tačiau 40 Eridani B ir 40 Eridani C yra daug mažesni. B yra baltoji nykštukė, o C yra raudonoji nykštukė.

Po metų, atradęs 40 „Eridani“ sistemą, 1840 m. Vokiečių astronomas Friedrichas Besselis atrado, kad ryškiausia „Canis Major“ žvaigždė Sirijus turi diskretišką kompanioną.

Besselis stebėjo nedidelius Siriaus trajektorijos vingius, kurių paaiškinimas negalėjo būti kitoks, nei kitos mažesnės žvaigždės artumas. Jis buvo vadinamas Sirius B, maždaug 10 000 kartų silpnesnis už nuostabųjį Sirius A.

Paaiškėjo, kad Sirius B buvo toks pat mažas ar mažesnis nei Neptūnas, tačiau su nepaprastai dideliu tankiu ir paviršiaus temperatūra 8000 K. Ir kadangi Sirius B radiacija atitinka baltąjį spektrą, jis tapo žinomas kaip „baltasis nykštukas“.

Nuo tada kiekviena žvaigždė, turinti šias charakteristikas, vadinama, nors baltosios nykštukės taip pat gali būti raudonos arba geltonos spalvos, nes jos turi įvairią temperatūrą, dažniausiai būna balta.

charakteristikos

Remiantis „Sloan Digital Sky Survey“ (SDSS), projekto, skirto sudaryti išsamius žinomos visatos trimačius žemėlapius, duomenimis, iki šiol buvo užfiksuota apie 9000 žvaigždžių, klasifikuojamų kaip baltosios nykštukės. Kaip jau minėjome, juos nėra lengva atrasti dėl silpno ryškumo.

Saulės apylinkėse yra nemažai baltųjų nykštukų, daugelį jų 1900-ųjų pradžioje atrado astronomai G. Kuyperis ir W. Luytenas. Todėl pagrindinės jo savybės buvo gana lengvai ištirtos pagal turimą technologiją.

Ryškiausi yra šie:

- Mažas dydis, palyginamas su planeta.

- Didelio tankio.

- Mažas šviesumas.

- 100000–4000 K temperatūra.

- Jie turi magnetinį lauką.

- Jie turi vandenilio ir helio atmosferą.

- Intensyvus gravitacinis laukas.

- Dėl radiacijos prarandami nedideli energijos nuostoliai, todėl jie vėsta labai lėtai.

Dėl temperatūros ir šviesumo žinoma, kad jų spinduliai yra labai maži. Baltasis nykštukas, kurio paviršiaus temperatūra yra panaši į Saulės, vos išmeta vieną tūkstantąją jo dalį. Todėl nykštuko paviršius turi būti labai mažas.

2 pav. „Sirius B“ ir „Veneros“ planeta yra maždaug tokio paties skersmens. Pažymėta

Dėl aukšto temperatūros ir mažo spindulio derinio žvaigždė atrodo balta, kaip minėta aukščiau.

Kalbant apie jų struktūrą, spėliojama, kad jie turi tvirtą kristalinio pobūdžio branduolį, apsuptą materijos dujinėje būsenoje.

Tai įmanoma dėl iš eilės vykstančių transformacijų, vykstančių žvaigždės branduoliniame reaktoriuje: iš vandenilio į helį, iš helio į anglį ir iš anglies į sunkesnius elementus.

Tai reali galimybė, nes temperatūra nykštukės šerdyje yra pakankamai žema, kad egzistuotų tokia kieta šerdis.

Tiesą sakant, neseniai buvo atrastas baltasis nykštukas, turintis 4000 km skersmens deimantinį šerdį, esantį Alfa Kentauro žvaigždyne, 53 šviesmečių atstumu nuo Žemės.

Baltųjų nykštukų tankis

Baltųjų nykštukų tankio klausimas sukėlė didelį astronomų pasipiktinimą XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje. Skaičiavimai parodė labai didelį tankį.

Baltojo nykštuko masė gali būti iki 1,4 karto didesnė už mūsų Saulės masę, suspaustą iki Žemės dydžio. Tokiu būdu jo tankis yra milijoną kartų didesnis nei vandens ir yra būtent tas, kuris palaiko baltąją nykštukę. Kaip tai įmanoma?

Kvantinė mechanika teigia, kad dalelės, tokios kaip elektronai, gali užimti tik tam tikrą energijos lygį. Taip pat yra principas, ribojantis elektronų išdėstymą aplink atominį branduolį: Paulio išskyrimo principas.

Pagal šią materijos savybę dviem elektronams neįmanoma turėti tą pačią kvantinę būseną toje pačioje sistemoje. Be to, įprastoje byloje ne visi leistini energijos lygiai yra užimami, tik kai kurie.

Tai paaiškina, kodėl sausumos medžiagų tankis yra tik keli gramai viename kubiniame centimetre.

Degeneravusi materija

Kiekvienas energijos lygis užima tam tikrą tūrį, kad regionas, užimantis vieną lygį, nepersidengtų su kitu. Tokiu būdu du lygiai su ta pačia energija gali egzistuoti be problemų, jei jie nepersidengia, nes tam yra degeneracijos jėga, kuri neleidžia.

Tai sukuria savotišką kvantinį barjerą, ribojantį medžiagos susitraukimą žvaigždėje, sukuriantį slėgį, kuris kompensuoja gravitacinį griūtį. Tai palaiko baltosios nykštukės vientisumą.

Tuo tarpu elektronai užpildo visas įmanomas energijos pozicijas, greitai užpildydami žemiausias ir tik tas, kurių energija yra didžiausia.

Šiomis aplinkybėmis, kai visos energijos būsenos yra užimtos, materija yra tokioje būsenoje, kuri fizikoje vadinama išsigimusiomis būsenomis. Tai yra didžiausio įmanomo tankio būsena pagal pašalinimo principą.

Bet kadangi elektronų padėties △ x neapibrėžtis yra maža, dėl aukšto tankio Heizenbergo neapibrėžties principu, tiesinio momento △ p neapibrėžtis bus labai didelė, kad kompensuotų △ x mažumą ir įvykdytų Taigi:

△ x △ p ≥ ћ / 2

Kur ћ yra h / 2π, kur h yra Plancko konstanta. Taigi elektronų greitis artėja prie šviesos greičio ir didėja jų daromas slėgis, nes didėja ir susidūrimai.

Šis kvantinis slėgis, vadinamas Fermio slėgiu, nepriklauso nuo temperatūros. Štai kodėl baltasis nykštukas gali turėti energijos bet kurioje temperatūroje, įskaitant absoliučią nulį.

Evoliucija

Astronominių stebėjimų ir kompiuterinio modeliavimo dėka tokia tipiška žvaigždė kaip mūsų Saulė susidaro taip:

- Pirma, dujos ir kosminės dulkės, kuriose gausu vandenilio ir helio, dėl sunkio jėgos kondensuojasi, sukuria protostarą - jauną žvaigždžių objektą. Protostaris yra greitai besitraukianti sfera, kurios temperatūra palaipsniui didėja per milijonus metų.

- Pasiekus kritinę masę ir kylant temperatūrai, branduolinis reaktorius įjungiamas žvaigždės viduje. Kai tai įvyksta, prasideda vandenilio susiliejimas ir žvaigždė prisijungia prie vadinamosios pagrindinės sekos (žr. 3 paveikslą).

- Praėjus laikui, vandenilis branduolyje išsenka ir prasideda vandenilio užsidegimas tolimiausiuose žvaigždės sluoksniuose, kaip ir helio branduolyje.

- Žvaigždė plečiasi, didėja ryškumas, mažėja jos temperatūra ir tampa raudona. Tai raudonoji milžino fazė.

- Atokiausi žvaigždės sluoksniai atsiskiria dėl žvaigždžių vėjo ir sudaro planetinį ūką, nors jame nėra planetų. Šis ūkas supa žvaigždės branduolį (daug karštesnis), kuris, išnaudojus vandenilio atsargas, pradeda degti helį, sudarydamas sunkesnius elementus.

- Ūkas išsisklaido, palikdamas originalios žvaigždės, kuri tampa balta nykštukė, branduolį.

Nors branduolių sintezė nutrūko, nepaisant to, kad vis dar turi medžiagos, žvaigždė vis dar turi neįtikėtiną šilumos atsargą, kuri spinduliuote sklinda labai lėtai. Šis etapas trunka ilgą laiką (apie 10 ¹⁰ metų, numatomas Visatos amžius).

- Kai šalta, jos skleidžiama šviesa visiškai išnyksta, o baltoji nykštukė tampa juoda nykštukė.

3 paveikslas. Žvaigždžių gyvenimo ciklas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. RN Bailey

Saulės evoliucija

Greičiausiai mūsų Saulė dėl savo savybių eina aprašytomis stadijomis. Šiandien Saulė yra suaugusi žvaigždė pagal pagrindinę seką, tačiau visos žvaigždės ją palieka tam tikru momentu, anksčiau ar vėliau, nors ten praleidžia didžiąją dalį savo gyvenimo.

Prireiks daugelio milijonų metų, kol ji pateks į kitą raudonojo milžino sceną. Kai tai įvyks, Žemė ir kitos vidinės planetos bus apimtos kylančios Saulės, tačiau prieš tai vandenynai greičiausiai išgaruos, o Žemė taps dykuma.

Ne visos žvaigždės eina per šiuos etapus. Tai priklauso nuo jo masės. Tie, kurie yra daug masyvesni už Saulę, turi daug įspūdingesnę pabaigą, nes jie baigiasi kaip supernovos. Likučiai šiuo atveju gali būti savotiškas astronominis objektas, toks kaip juodoji skylė ar neutroninė žvaigždė.

Chandrasekhar riba

1930 m. 19-metis induistų astrofizikas, vardu Subrahmanyan Chandrasekhar, nustatė kritinės masės buvimą žvaigždėse.

Žvaigždė, kurios masė nesiekia šios kritinės vertės, eina baltojo nykštuko keliu. Bet jei jo mišios viršuje, jo dienos baigiasi didžiuliu sprogimu. Tai yra Chandrasekhar riba ir maždaug 1,44 karto didesnė už mūsų Saulės masę.

Jis apskaičiuojamas taip:

Čia N yra elektronų skaičius masės vienete, ћ yra Plancko konstanta, padalyta iš 2π, c - šviesos greitis vakuume, o G yra universali gravitacinė konstanta.

Tai nereiškia, kad žvaigždės, didesnės už Saulę, negali tapti baltosiomis nykštukėmis. Per savo buvimą pagrindine seka žvaigždė nuolat praranda masę. Tai ji daro ir savo raudonojo milžino ir planetinio ūko stadijoje.

Kita vertus, kartą tapusi balta nykštukė, galinga žvaigždės gravitacija gali pritraukti masę iš kitos šalia esančios žvaigždės ir padidinti savo. Viršijus Čandrasekaro ribą, nykštuko - ir kitos žvaigždės - galas gali būti ne toks lėtas, kaip aprašyta čia.

Šis artumas gali paleisti išnykusį branduolinį reaktorių iš naujo ir sukelti didžiulį supernovų sprogimą (supernovos Ia).

Sudėtis

Kai vandenilis žvaigždės branduolyje virsta heliu, jis pradeda sulieti anglies ir deguonies atomus.

O kai helio atsargos savo ruožtu yra išeikvotos, balta nykštukė daugiausia susideda iš anglies ir deguonies, o kai kuriais atvejais neono ir magnio, su sąlyga, kad branduolys turi pakankamai slėgio sintetinti šiuos elementus.

4 paveikslas. Žvaigždė AE Aquarii yra pulsuojantis baltasis nykštukas. Šaltinis: NASA per „Wikimedia Commons“.

Galbūt nykštukas turi ploną helio ar vandenilio atmosferą, nes kadangi žvaigždės paviršiaus gravitacija yra didelė, sunkieji elementai linkę kauptis centre, o paviršiuje palieka lengvesnius.

Kai kuriuose nykštukuose netgi įmanoma sulieti neono atomus ir sukurti tvirtus geležies branduolius.

Mokymai

Kaip jau sakėme ankstesnėse pastraipose, baltoji nykštukė susidaro po to, kai žvaigždė išeikvoja savo vandenilio atsargas. Tada jis išsipučia ir išsiplečia, tada išsiskiria iš materijos planetinio ūko pavidalu, palikdamas branduolį viduje.

Šis branduolys, sudarytas iš išsigimusios materijos, yra tai, kas žinoma kaip baltoji nykštukė žvaigždė. Išjungus jo branduolių sintezės reaktorių, jis susitraukia ir vėsta lėtai, prarasdamas visą šiluminę energiją ir šviesumą.

Baltųjų nykštukių tipai

Žvaigždėms klasifikuoti naudojamas baltasis nykštukas, naudojamas spektrinis tipas, kuris savo ruožtu priklauso nuo temperatūros. Nykštukinėms žvaigždėms pavadinti naudojama didžioji raidė D, po kurios rašoma viena iš šių raidžių: A, B, C, O, Z, Q, X. Šios kitos raidės: P, H, E ir V žymimos dar viena charakteristikų serija. konkrečiau.

Kiekviena iš šių raidžių žymi ryškų spektro bruožą. Pavyzdžiui, DA žvaigždė yra baltasis nykštukas, kurio spektre yra vandenilio linija. O DAV nykštukas turi vandenilio liniją, be to, V rodo, kad tai kintanti arba pulsuojanti žvaigždė.

Galiausiai raidžių serijoje pridedamas skaičius nuo 1 iki 9, nurodant temperatūros indeksą n:

n = 50400 / efektinis žvaigždės T

Kita baltųjų nykštukių klasifikacija yra pagrįsta jų mase:

- Apie 0,5 M saulės

- Vidutinė masė: nuo 0,5 iki 8 kartų M Sol

- Nuo 8 iki 10 kartų didesnė už Saulės masę.

Baltųjų nykštukių pavyzdžiai

- Sirius B žvaigždyne „Can Major“, ryškiausio naktinio dangaus žvaigždės Siriaus A kompanionas. Tai artimiausia baltoji nykštukė iš visų.

- „AE Aquarii“ yra baltoji nykštukė, skleidžianti rentgeno spindulių impulsus.

- 40 „Eridani B“, tolimi 16 šviesmečių. Tai galima pastebėti teleskopu

- „HL Tau 67“ priklauso Tauro žvaigždynui ir yra kintama baltoji nykštukė, pirmoji tokio pobūdžio, kuri buvo atrasta.

- „DM Lyrae“ yra dvejetainės sistemos dalis ir yra baltoji nykštukė, kuri XX amžiuje sprogo kaip nova.

- „WD B1620“ yra baltoji nykštukė, kuri taip pat priklauso dvejetaininei sistemai. Kompanijos žvaigždė yra pulsuojanti žvaigždė. Šioje sistemoje yra planeta, kuri skrieja aplink juos abu.

- Procyon B, Procyon A kompanionas, mažojo šuns žvaigždyne.

5 paveikslas. Procyon dvejetainė sistema, baltasis nykštukas yra mažas taškelis dešinėje. Šaltinis: Giuseppe Donatiello per „Flickr“.

Nuorodos

1. Carroll, B. Įvadas į šiuolaikinę astrofiziką. 2-asis. Leidimas. Pearsonas.
2. Martínez, D. Žvaigždžių evoliucija. Atkurta iš: „Google Books“.
3. Olaizola, I. Baltosios nykštukės. Atkurta iš: telesforo.aranzadi-zientziak.org.
4. Oster, L. 1984. Šiuolaikinė astronomija. Redakcijos revertas.
5. Vikipedija. Baltieji nykštukai. Išieškota iš: es. wikipedia.org.
6. Vikipedija. Baltųjų nykštukų sąrašas. Atkurta iš en.wikipedia.org.