Белый карлик – результат эволюции звезд, его плотность и температура, цвет и размеры, возможно ли превращение или взрыв Солнца или Сириуса
Во Вселенной, помимо молодых звезд видимого спектра, существует огромное количество звезд, горящих едва заметным тусклым светом. Это белые карлики – звезды, прошедшие практически полный цикл эволюции, звездная карьера которых катится к закату.
Белый карлик
Что представляют собой белые карлики?
Неопределенность оценки звездного населения нашей галактики объясняется техническими трудностями обнаружения объектов. Заглянуть вглубь космоса мешают огромные массивы звездного газа и космической пыли, туманности и скопления, населяющие рукава галактики Млечный путь.
В те годы, когда техника не позволяла детально изучать космическое пространство, белые карлики считались редким явлением.
Однако сегодня человечество вооружено до зубов мощнейшими телескопами, которые могут заглянуть в глубины космоса под иным спектром.
В среднем, пространственная плотность белых карликов составляет 100 звезд на сферу космического пространства диаметром 60 световых лет. В нашей галактике существует до полутора тысяч подобных объектов.
Галактика Млечный путь, белые карлики
Полторы тысячи — это довольно много, учитывая возраст Вселенной. Т.е. за 13-14 млрд. лет в пределах галактики Млечный путь внушительное количество звезд уже находится в преклонном возрасте, ожидая своей дальнейшей участи.
Если брать в расчет сотни, десятки сотен других галактик, то это число соответственно многократно увеличится.
Учитывая небольшие размеры, которые свойственны таким звездам, то в действительности их может оказаться значительно больше.
Эволюция звезд
Белый карлик -это звезда по размерам равная планете Земля, однако масса такой звездочки в сто тысяч раз больше массы нашей голубой планеты. Как правило, масса белого карлика варьируется в диапазоне 0,6-1,44 солнечных масс. Для этой категории звезд характерным является зависимость «масса-радиус».
Чем больше масса стареющей звезды, тем меньше ее размеры. Из школьного курса астрономии известно, что белые карлики являются обнажившимся ядром звезды, которая сбросила верхний слой звездной материи. По факту такое ядро имеет небольшие размеры, является горячим.
Низкая светимость есть доказательство отсутствия у этого небесного тела термоядерных реакций. Да и откуда им взяться! За миллиарды лет существования звезды, ее запасы водорода – основного звездного топлива — исчерпались. Основными компонентами белого карлика теперь стали не водород и гелий, а углерод и кислород.
Плотность такого обнажившегося ядра колоссальна и составляет 10⁶-10⁷ г/см³.
Остывающий белый карлик
Отсутствие ядерных реакций приводит к тому, что звезда начинает медленно остывать. Интенсивность излучения падает сравнительно медленно, на 1-2% за сотни лет.
Процесс остывания сильно растянут по времени и может продлиться триллионы лет, прежде чем звезда исчезнет в космическом пространстве как материальное тело.
Температура звезды, только что перешедшей в категорию пенсионеров, на поверхности довольно высокая — 100-200 тыс. Кельвина. Для старых белых карликов температура на поверхности уже достаточно низкая — 5000К.
История открытия белых карликов
Современная наука о звездах обрела свои реальные очертания только в середине XX века. Уже в начале 30-х годов ученые-астрофизики могли свободно рассчитать параметры любой наблюдаемой звезды: ее светимость, размеры и температуру.
На этом фоне явно выделялся один объект, который портил всю стройную картину — звезда 40 Эридана В, обнаруженная еще в далеком 1783 году известным астрономом Уильямом Гершелем.
В отличие от привычных звезд для этого светила было характерно явное несоответствие: небольшие размеры, низкая светимость и высокая температура. Подобные факты шли в разрез со всеми существующими законами физики.
Со временем удалось обнаружить еще несколько подобных объектов, одним из которых стал Сириус В. Да, именно Сириус В – скромная маленькая звездочка, пребывающая в тени своей ослепительной соседки Сириуса.
Вильгельм Бессель
Поводом к открытию стало наблюдением за поведением Сириуса, которое проводил немецкий астроном Вильгельм Бессель. Ему удалось обнаружить неестественное для звезды движение. Сириус двигался в космическом пространстве по синусоиде.
Долгие годы ученый ломал голову над этой загадкой, пока не пришел к выводу, что рядом с Сириусом расположена другая звезда, небольшая и едва заметна. Именно ее гравитационные силы воздействуют на поведение Сириуса. Позже, в 1862 году А.
Кларку удалось с помощью мощного оптического телескопа обнаружить невзрачного соседа Сириуса. Таким образом, выяснилось, что предсказания и расчеты Бесселя оказались правильными.
Наблюдение за Сириусом
Уже в XX веке удалось выяснить, что «двойник Сириуса» имеет температуру 25000К выше, чем у самой яркой звезды.
Небольшие размеры столь горячего тела наталкивали ученых на мысль, что причина такого состояния — высокая плотность объекта. Это открытие в корне перевернуло всю устоявшуюся теорию о происхождении звезд.
Появился новый и важный элемент в эволюции звездного населения галактик Вселенной. Наука получила в свои руки доказательства природы старения звезд.
Физика процесса
По сути, белые карлики являются огарками звезд, утративших свою жизненную силу и энергию. В отличие от обычных желтых карликов, где звездная материя пребывает в равновесии, белые карлики лишены такого устойчивого баланса.
Для того, чтобы силы внутренней гравитации могли противостоять внешнему воздействию, нужно иметь мощные источники внутренней энергии. В противном случае, теряя часть своей материи, звезда быстро бы разрушилась под воздействием гравитации.
Внутренним источником энергии является реакция термоядерного синтеза, в ходе которой водород превращается в гелий. Запасы водорода определяются массой звезды, соответственно от этого зависит и длительность термоядерных реакций. Как только водородное топливо выгорает, звездная материя утрачивает равновесие.
Под действием собственной силы тяжести звезда начинает стремительно сжиматься, превращаясь из огромного красного гиганта в маленький белый карлик.
Процесс охлаждения белого карлика
На этом этапе эволюции звезд решающая роль принадлежит квантовым свойствам элементарных частиц. Этому способствует такое явление, как вырожденное давление, возникающее в результате сильнейшего сжатия материи в недрах небесного тела.
Процесс гравитационного сжатия у белого карлика не возникает на пустом месте. Это происходит постепенно до тех пор, пока расстояние между ядрами атомов не уменьшится до размеров радиуса электронов.
Дальнейшее сжатие невозможно, так как оболочка электронов уже не подвержена физическим изменениям. В таком состоянии электроны двигаются хаотично, теряя связь с ядрами.
Такая квантовая механика характерна для внутреннего строения металлов, где кинетическая энергия перерастает в тепловую и распределяется от внутренних областей к поверхности, поэтому можно утверждать, что белый карлик напоминает раскаленный кусок металла.
Электронный вырожденный газ
Для электронного газа характерна одна особенность. В процессе сжатия скорость электронов постоянно растет. Самые быстрые электроны стремятся занять любое освободившиеся место, тем самым уменьшая объем газовой субстанции.
По мере приближения к поверхности ядра вырожденное давление ослабевает, что приводит к снижению температуры стареющей звезды.
Здесь процесс ионизации атомов еще только начинается, поэтому звездная материя пребывает в обычном газообразном состоянии.
Строение белых карликов
Природа процессов, протекающих в недрах стареющей звезды, отражается на ее строении. Первым отличительным признаком белого карлика является его атмосфера.
Анализируя данные оптических наблюдений, напрашивается вывод: толщина атмосферного слоя у такой звезды составляет всего несколько сотен метров.
Судя по составу спектра, каждый из таких объектов имеет свой химический состав. В связи с этим, белые карлики делятся на два типа:
- горячие звезды;
- холодные звезды.
Для первого типа основными компонентами являются ограниченное количество водорода (не более 0,05%), гелий, углерод, кальций, железо и титан (звездный металл). Горячие белые карлики имеют температуру 50000К.
Для второго типа белых карликов основным компонентом является гелий. Атомов водорода в таких звездах один на миллион. Холодные карлики разогреты в десятки раз меньше, всего до отметки 5000К.
Первые «водородные» белые карлики относятся к спектральному классу DA, вторые — «гелиевые» — относятся к белым карликам типа DB.
Строение белого карлика
Атмосфера белого карлика покрывает область оставшейся невырожденной материи, в которой присутствует ограниченное количество свободных электронов. Этот слой имеет толщину в 150-170 км, занимая 1% радиуса стареющей звезды.
Толщина слоя невырожденной материи может меняться по мере старения объекта, однако размер звезды остается тем же. В таком состоянии белый карлик может находиться до самой своей кончины. Окончательные размеры белых карликов определятся его массой.
Как и в случае с минимальной предельной массой, существует критический порог размеров подобных объектов.
Минимальный размер белого карлика
Под слоем невырожденной материи начинается царство релятивистского вырожденного электронного газа, который представляет собой изотермически выделенную субстанцию. Температура здесь постоянная по всем направлениям и составляет миллионы градусов Кельвина.
Тепловая энергия передается от внутренних областей звезды к поверхности, излучаясь в окружающее космическое пространство. Подобные процессы не позволяют телу светиться ярким светом. Основной поток тепловой энергии представлен рентгеновским излучением.
Судьба белого карлика
Каждая звезда, подобная нашему Солнцу, закончит свои дни в статусе белого карлика. Этот этап в жизни звезды будет блеклым, невзрачным и в то же время достаточно долгим. В конечном итоге белый карлик умрет.
Сегодня, по мнению ученых, возраст Вселенной не позволяет говорить о том, что в ее глубинах уже имеются черные, мертвые карлики. Существует теория, что количество белых карликов увеличивается с постоянной величиной. В силу малой изученности космоса, мы не можем говорить о точном количестве подобных объектов.
Допускается версия, что белых карликов во Вселенной значительно больше. Интересно другое. Какие звезды становятся белыми карликами, а какие нет?
Черный карлик
В научной среде нет единого мнения о природе белых карликов.
Считается, что половина всех существующих подобных объектов в космическом пространстве возникает в процессе эволюции обычных звезд главной последовательности, тогда как другая половина возникает в недрах планетарных туманностей.
Точных данных о природе возникновения белых карликов на сегодняшний момент нет. Основные версии и теории базируются на моделях, создаваемых путем логических умозаключений.
Белый карлик планетарная туманность
Для нашего Солнца тоже уготована судьба стать белым карликом. Сначала медленная старость, которая завершиться тихой смертью звезды в просторах Вселенной. Светила, масса которых вдвое превышает солнечную массу, идут по другому пути эволюции. Утратив устойчивость, такая звезда на финальной стадии может взорваться, озарив космос вспышкой сверхновой, и превратиться в небольшой нейтронный шарик.
Эволюция звезд – это процесс, который протекает вне зависимости от нашего существования. Рождение человеческой цивилизации, гибель ее будут протекать в те периоды, когда наше Солнце еще будет далеко от своего финала.
Солнце может погубить нас еще в статусе красного гиганта, испепелив Землю до состояния уголька.
До того момента, когда в пределах видимости наших оптических приборов появится новый белый карлик, пройдет бесконечно много времени.
Источник: https://WarWays.ru/kosmos/belyj-karlik.html
Белые карлики: характеристика, фото :: SYL.ru
Во Вселенной вещество нередко пребывает в состояниях, совершенно экстремальных для нашей планеты.
Здесь отсутствуют высокие температуры и давления, сильные гравитационные и магнитные поля, интенсивные жесткие излучения, благодаря чему, собственно, и смогла возникнуть и развиться сложная биосфера.
Однако экстремальность того или иного объекта – большая условность, ведь для Вселенной подобные состояния материи совершенно обычны. Человечество впервые узнало о них благодаря открытию особого класса звезд – белых карликов.
Открытие странных объектов
История изучения необычных звезд взяла старт в начале XX века, когда астрономы объединили результаты наблюдений нескольких близкорасположенных кратных звездных систем – 40 Эридана, Сириуса и Проциона.
Выяснилось, что в каждой из этих систем один из компонентов характеризуется странным сочетанием свойств. Их орбитальные параметры свидетельствовали о достаточно большой массе, сравнимой с массой обычной звезды; спектральные характеристики указывали на высокую температуру.
Светимость же этих объектов оказалась весьма малой – это были слабые, тусклые звездочки.
В 1917 году был открыт первый одиночный объект с подобными свойствами – звезда Ван Маанена, расположенная в 14 световых годах от Солнца. Масса ее составляет 0,7 солнечных масс, и при этом наше Солнце излучает более чем в пять тысяч раз мощнее, чем звезда Ван Маанена, получившая имя в честь своего первооткрывателя – голландского астронома, работавшего в США.
В 1922 году еще один голландский американец, В. Я. Лейтен, открывший несколько таких объектов, предложил для этого класса звезд название, которое мы употребляем и поныне: «белый карлик». Здесь термин «белый» означает «горячий» и связан со спектральными особенностями.
Немного об эволюции звезд
Ключевой параметр всех звезд – это масса. Она задает интенсивность всех происходящих в звезде процессов, так как от массы звезды зависит давление, плотность и, соответственно, температура вещества в ее недрах.
А чем выше значения этих величин, тем выше вероятность каждого акта термоядерного синтеза, то есть он протекает с большей интенсивностью.
Стабильность звезды поддерживается равновесием между силой ее гравитационного сжатия и силой давления, расталкивающей ее за счет энерговыделения в ходе ядерных реакций.
Масса же определяет и продолжительность стабильного существования звезды до исчерпания водорода как термоядерного горючего (этап «главной последовательности»), и ее дальнейшую судьбу.
В конце этого периода своей жизни звезды в зависимости от массы испытывают те или иные изменения, итогом которых становится превращение их в объекты одного из трех типов: белые карлики, нейтронные звезды либо черные дыры.
Нас будет интересовать первый вариант.
Сердце красного гиганта
Если масса звезды не превышает некоторой пороговой величины (1,44 массы Солнца), ей суждено стать карликом. Каким образом это происходит? После исчерпания водорода в центре звезды образуется плотное гелиевое ядро – в сущности, шлак, наработанный за время ее жизни.
Энергия больше не отводится из центра, значит, растут температура и плотность – ведь звезду сжимает собственная гравитация. В какой-то момент они достигают такого значения, при котором уже гелий способен вступать в реакцию синтеза, образуя углерод. В оболочке звезды в это время происходят процессы, ведущие к ее раздуванию и охлаждению внешних областей. Звезда становится красным гигантом.
Ядро красного гиганта имеет изотермические свойства, охлаждаясь в основном не за счет отдачи излучения с поверхности, а в результате уноса энергии нейтрино – частицами, для которых ядро прозрачно.
Красный гигант – нестабильная звезда. В конце концов, она теряет свои внешние слои – при этом образуются такие зрелищные космические феномены, как планетарные туманности. Остается только горячее гелиевое ядро с большим или меньшим содержанием углерода и – в очень малой концентрации – более тяжелых элементов (кислород). Это ядро и есть белый карлик.
Вырождение газа
Масса этого ядра сравнима с массой Солнца, а вот размер на два порядка меньше, нежели у нашего светила. Отсюда вывод: плотность белых карликов огромна. Она может составлять от сотен килограммов до тысяч тонн на кубический сантиметр.
Что представляет собой вещество в таком состоянии: твердое тело или, может быть, жидкость? Нет, твердые тела и жидкости не могут существовать при таких плотностях, намного превышающих наиболее компактную упаковку атомов в веществе.
Это особое состояние вещества.
Вследствие гигантских давлений электронные оболочки атомов в этом газе разрушены. Вещество являет собой чудовищно сжатую плазму, поведение которой возможно описать только с применением квантовой механики.
Электроны не могут иметь одни и те же квантовые состояния («запрет Паули»), в силу чего скорости их принимают самые разнообразные значения. В обычном газе температура связана со скоростью частиц.
В данном же случае, какую бы температуру ни имело вещество, скорости электронов с ней никак не связаны и могут достигать релятивистских значений. Такой электронный газ называется вырожденным.
Предел Чандрасекара
Давление вырожденного газа задается его плотностью. Оно, как и противодействующая сила гравитационного сжатия, имеет прямую зависимость (но в другой степени) от массы белых карликов и обратную – от их радиуса.
То есть существуют такие значения массы, при которых давление будет уравновешивать гравитацию, что обеспечит стабильное существование карлика.
Если же критическая величина 1,44 массы Солнца превышена, ядру звезды карликом не быть: давление не остановит сжатия, радиус будет продолжать уменьшаться, и сформируется нейтронная звезда.
Эта критическая масса носит наименование предела Чандрасекара в честь индийского физика, доказавшего в 1931 году ее существование. Чем больше масса карлика, тем меньше его радиус. Сила тяжести на таких звездах в десятки раз превышает таковую у поверхности Солнца. Впрочем, у Солнца в этом смысле все еще впереди: ему суждено через несколько миллиардов лет стать подобным карликом.
О температуре, размерах и светимости
Поверхностная температура белых карликов может достигать нескольких десятков и даже свыше сотни тысяч градусов (у Солнца – около 5800 К), а размеры сопоставимы с размерами Земли, то есть площадь излучающей поверхности чрезвычайно мала. Теперь ясно, почему у них такая низкая светимость – просто они маленькие.
Собственных термоядерных источников энергии они не имеют, и светимость их обусловлена огромным запасом внутреннего тепла, завися не от массы тела, а от возраста.
Карлик может остывать очень долго – десятки и даже сотни миллиардов лет именно потому, что отдает излучение через малую поверхность. Молодые горячие карлики остывают быстрее. Максимум их излучения приходится на рентгеновский и жесткий ультрафиолетовый диапазоны.
Так, на рентгеновском снимке Сириуса крохотный Сириус В светит мощнее, чем Сириус А – ярчайшая звезда на земном небе.
Спектры и химический состав
Этим интереснейшим объектам присвоен отдельный спектральный класс D, в котором выделяют несколько подклассов, связанных с особенностями спектров, отражающих состав тонкой атмосферы карликов.
Так, атмосфера может быть водородной или гелиевой, а также характеризоваться присутствием обоих этих элементов и примесью более тяжелых (все, что тяжелее гелия, в астрономии принято именовать «металлами»). Линии углерода, кислорода, кальция, железа (объяснить их присутствие иногда бывает трудно), обнаружены в спектрах многих белых карликов.
Характеристика состава недр, согласно современным моделям, следующая: они содержат довольно много углерода и кислорода (столько, сколько «наработала» родительская звезда), а также гелий с малой примесью водорода. Ядра всех этих элементов образуют подобие решетки, а электроны – вырожденный газ, поэтому вещество имеет некоторые свойства, сближающие его с металлом, например, высокую теплопроводность.
Белые карлики в тесных двойных системах
Карлики могут входить в состав двойных систем, звезды-компоненты которых сближены настолько, что обмениваются веществом. В этом случае массивный плотный карлик будет перетягивать на себя вещество компаньона.
Водород, попадающий от соседней звезды на горячую поверхность карлика, разогревается до температуры, при которой начинается термоядерный синтез. В этом случае наблюдается вспышка, называемая новой звездой.
Если же при падении водорода на карлик его масса превзойдет предел Чандрасекара, происходит коллапс, сопровождающийся взрывом сверхновой типа Ia. Наблюдение таких сверхновых в далеких галактиках представляет большой интерес, поскольку по яркости вспышек, имеющих одинаковые характеристики, устанавливают расстояние до галактик.
Объекты, полные загадок
Белый карлик – явление, отнюдь не редкое во Вселенной, но наблюдать их трудно из-за низкой светимости. Но иногда ученым везет на обнаружение интереснейших феноменов.
Например, в 1600 световых лет от нас в созвездии Рака находится тесная система, образованная двумя карликами. По оценкам астрономов, их разделяют всего 80 000 км – впятеро меньше, чем от Земли до Луны.
Период их взаимного обращения составляет 5,4 минуты. Не исключено, что скоро они сольются, и произойдет вспышка сверхновой. Каким образом компоненты этой системы оказались настолько сближены, пока неясно.
Выше упоминались линии металлов в спектрах карликов. Ученые полагают, что эти элементы могут свидетельствовать о разрушении планет в процессе гибели родительской звезды.
Как знать, возможно, в далеком будущем все, что останется от нашей планеты – это будут следы кремния, железа и кислорода в спектре карлика, в который превратится Солнце.
Расстраиваться не стоит: это случится еще очень нескоро.
Детали процессов, приводящих к рождению этих удивительных объектов, тоже не ясны в полной мере, и модель эволюции их далеко не полна. Так что белые карлики – звезды, которые преподнесут астрофизикам еще множество сюрпризов, несмотря на то, что история их изучения насчитывает уже более сотни лет.
Источник: https://www.syl.ru/article/387832/belyie-karliki-harakteristika-foto
Как умирают звёзды
Нам выпало жить в молодой Вселенной, полной молодых звёзд. Всем им предстоит пройти несколько этапов звёздной эволюции — сжечь водород в своих недрах и взорваться или медленно остыть. Когда мир станет в тысячу раз старше, чем сейчас, на месте когда-то ярких светил появятся загадочные чёрные карлики или чёрные дыры, а некоторым звёздам суждено просто рассеяться в космической пустоте.
Если где-то во Вселенной накапливается достаточно вещества, оно сжимается в плотный комок, в котором начинается термоядерная реакция. Так зажигаются звёзды. Первые вспыхнули во тьме юной Вселенной 13,7 миллиардов (13,7*109) лет назад, а наше Солнце — всего каких-то 4,5 миллиарда лет назад. Срок жизни звезды и процессы, происходящие в конце этого срока, зависят от массы звезды.
Пока в звезде продолжается термоядерная реакция превращения водорода в гелий, она находится на . Время нахождения звезды на главной последовательности зависит от массы: самые большие и тяжёлые быстро доходят до стадии красного гиганта, а затем сходят с главной последовательности в результате взрыва сверхновой или образования белого карлика.
Судьба гигантов
Самые большие и массивные звёзды сгорают быстро и взрываются сверхновыми. После взрыва сверхновой остаётся нейтронная звезда или чёрная дыра, а вокруг них — материя, выброшенная колоссальной энергией взрыва, которая после становится материалом для новых звёзд. Из наших ближайших звёздных соседей такая судьба ждёт, например, , однако когда она взорвётся, подсчитать невозможно.
Туманность, образовавшаяся в результате выброса материи при взрыве сверхновой. В центре туманности — нейтронная звезда.
Нейтронная звезда — это страшный физический феномен. Ядро взорвавшейся звезды сжимается — примерно так же, как газ в двигателе внутреннего сгорания, только в очень большом и эффективном: шар диаметром в сотни тысяч километров превращается в шарик от 10 до 20 километров в поперечнике. Сила сжатия так велика, что электроны падают на атомные ядра, образуя нейтроны — отсюда название.
NASA Нейтронная звезда (видение художника)
Плотность материи при таком сжатии вырастает примерно на 15 порядков, а температура поднимается до непредставимых 1012 К в центре нейтронной звезды и 1 000 000 К на периферии. Часть этой энергии излучается в форме фотонного излучения, часть уносят с собой нейтрино, образующииеся в ядре нейтронной звезды.
Но даже за счёт очень эффективного нейтронная звезда остывает очень медленно: для полного исчерпания энергии требуется 1016 или даже 1022 лет. Что останется на месте остывшей нейтронной звезды, сказать сложно, а пронаблюдать — невозможно: мир слишком для этого слишком молод.
Существует предположение о том, что на месте остывшей звезды опять-таки образуется чёрная дыра.
Черные дыры возникают в результате гравитационного коллапса очень массивных объектов — например, при взрывах сверхновых. Возможно, через триллионы лет в чёрные дыры превратятся остывшие нейтронные звёзды.
Участь звёзд средних масштабов
Другие, менее массивные звёзды дольше, чем самые большие, остаются на главной последовательности, зато, сойдя с неё, умирают гораздо быстрее, чем их нейтронные родственники.
Больше 99% звёзд во Вселенной никогда взорвутся и не превратятся ни в черные дыры, ни в нейтронные звёзды — их ядра слишком малы для таких космических драм.
Вместо этого звёзды средней массы в конце жизни превращаются в красные гиганты, которые, в зависимости от массы, превращаются в белые карлики, взрываются, полностью рассеиваясь, или становятся нейтронными звёздами.
Белые карлики составляют сейчас от 3 до 10% звёздного населения Вселенной.
Их температура очень велика — более 20 000 К, более чем втрое больше, чем температура поверхности Солнца — но всё-таки меньше, чем у нейтронных звёзд, и благодаря более низкой температуре и большей площади белые карлики остывают быстрее — за 1014 — 1015 лет.
Это означает, что в ближайшие 10 триллионов лет — когда Вселенная станет в тысячу раз старше, чем сейчас, — во вселенной появится новый тип объекта: чёрный карлик, продукт остывания белого карлика.
Пока черных карликов в космосе нет. Даже самые старые остывающие звёзды на сегодняшний день потеряли максимум 0,2% своей энергии; для белого карлика с температурой в 20 000 К это означает остывание до 19 960 K.
Для самых маленьких
О том, что происходит, когда остывают самые маленькие звёзды — такие, как наш ближайший сосед, красный карлик Проксима Центавра, науке известно ещё меньше, чем о сверхновых и чёрных карликах.
Термоядерный синтез в их ядрах идёт медленно, и на главной последовательности они остаются дольше остальных — по некоторым расчётам, до 1012 лет, а после, предположительно, продолжат жизнь как белые карлики, то есть будут сиять еще 1014 — 1015 лет до превращения в чёрный карлик.
Источник: https://www.PopMech.ru/science/372862-kak-umirayut-zvyozdy/
Белый карлик: плотность, размеры, температура и цвет, его эволюция, превращение и взрыв, загадки, изучение и наблюдение, Сириус и Солнце
Когда мы смотрим на ночное небо, нам кажется, что все звезды одинаковы. Человеческий глаз с большим трудом различает видимый спектр света, излучаемого далекими небесными светилами.
Звезда, которую еще едва видно, может уже давно погасла, и мы наблюдаем только ее свет. Каждая из звезд проживает свою жизнь. Одни светят ровным белым светом, другие выглядят пульсирующими неоновым светом яркими точками.
Третьи представляют собой тусклые светящиеся пятнышки, едва заметные в небе.
Что такое белый карлик: звезда или фантом?
Только недавно, в XX веке ученым стало понятно, что белый карлик – это все, что осталось в космосе от обычной звезды. Изучение звезд с точки зрения термоядерной физики дало представление о процессах, которые бушуют в недрах небесных светил.
Звезды, образовавшиеся в результате взаимодействия сил гравитации, представляют собой колоссальный термоядерный реактор, в котором постоянно происходят цепные реакции деления ядер водорода и гелия. В таких сложных системах темпы эволюции компонентов неодинаковы. Огромные запасы водорода обеспечивают жизнь звезды на миллиарды лет вперед.
Термоядерные водородные реакции способствуют образованию гелия и углерода. Следом за термоядерным синтезом в дело вступают законы термодинамики.
https://www.youtube.com/watch?v=9Yqxx57pYlI
Схема термоядерного синтеза звезды
Термоядерный синтез истощает звезду. Водород иссякает, а гелий, как более массивный компонент может проэволюционировать дальше, достигнув нового состояния. Все это приводит к тому, что сначала красные гиганты образуются на месте обычной звезды, и звезда покидает главную последовательность.
Таким образом, небесное светило, встав на путь своего медленного и неизбежного старения постепенно трансформируется. Старость звезды – это долгий путь в небытие. Все это происходит очень медленно. Белый карлик является небесным светилом, с которым вне пределов главной последовательности, происходит неизбежный процесс угасания.
Реакция синтеза гелия приводит к тому, что ядро стареющей звезды сжимается, светило окончательно теряет свою оболочку.
Эволюция белых карликов
Вне главной последовательности происходит процесс угасания звезды. Под воздействием сил гравитации нагретый газ красных гигантов и сверхгигантов разлетается по Вселенной, образуя молодую планетарную туманность.
Через сотни тысяч лет туманность рассеивается, а на ее месте остается вырожденное ядро красного гиганта белого цвета. Температуры такого объекта достаточно высоки от 90000 К, оценивая по линии поглощения спектра и до 130000 К, когда оценка осуществляется в пределах рентгеновского спектра.
Однако ввиду небольших размеров, остывание небесного светила происходит очень медленно.
Та картина звездного неба, которую мы наблюдаем, имеет возраст в десятки-сотни миллиардов лет. Там, где мы видим белые карлики, в пространстве уже возможно существует другое небесное тело. Звезда перешла в класс черного карлика, конечный этап эволюции.
В действительности на месте звезды остается сгусток материи, температура которого равняется температуре окружающего пространства. Главная особенность этого объекта — полное отсутствие видимого света. Заметить такую звезду в обычный оптический телескоп достаточно трудно ввиду слабой светимости.
Основным критерием обнаружения белых карликов является наличие мощного ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей.
Все известные белые карлики в зависимости от своего спектра делятся на две группы:
- объекты водородные, спектрального класса DA, в спектре которых отсутствуют линии гелия;
- гелиевые карлики, спектральный класс DB. Основные линии в спектре приходятся на гелий.
Этап эволюции, в результате которой появляется белый карлик, является последним для немассивных звезд, к которым относится и наша звезда Солнце.
На данном этапе звезда обладает следующими характеристиками. Несмотря на столь маленькие и компактные размеры звезды, ее звездное вещество весит ровно столько, сколько требуется для ее существования. Другими словами, белые карлики, которые имеют радиусы в 100 раз меньше радиуса солнечного диска, имеют массу равную массе Солнца или даже весят больше, чем наша звезда.
Этого говорит о том, что плотность белого карлика в миллионы раз выше плотности обычных звезд, находящихся в пределах главной последовательности. К примеру, плотность нашей звезды 1,41 г/см³, тогда как плотность у белых карликов может достигать колоссальных значений 105-110 г/см3.
По яркости света Сириус А в 22 раза превышает яркость нашего Солнца, а вот ее сестра Сириус В светит тусклым светом, заметно уступая по яркость своей ослепительной соседке. Обнаружить присутствие белого карлика удалось благодаря снимкам Сириуса, сделанным рентгеновским телескопом Чандра.
Белые карлики не обладают ярко выраженным световым спектром, поэтому принято считать такие звезды достаточно холодными темными космическими объектами. В инфракрасном и в рентгеновском диапазоне Сириус В светит значительно ярче, продолжая излучать огромное количество тепловой энергии.
В отличие от обычных звезд, где источником рентгеновских волн служит корона, источником излучения у белых карликов является фотосфера.
Находясь вне главной последовательности по распространенности эти звезды не самые распространенные объекты во Вселенной. В нашей галактике на долю белых карликов приходится всего 3-10% небесных светил.
Для этой части звездного населения нашей галактики неопределенность оценки затрудняет слабость излучения в видимой области поляры.
Другими словами, свет белых карликов не в состоянии преодолеть большие скопления космического газа, из которых состоят рукава нашей галактики.
Звездное кладбище в нашей галактике
Научный взгляд на историю появления белых карликов
Дальше в небесных светилах на месте иссякших основных источников термоядерной энергии возникает новый источник термоядерной энергии, тройная гелиевая реакция, или тройной альфа-процесс, обеспечивающая выгорание гелия.
Эти предположения полностью подтвердились, когда появилась возможность наблюдать поведение звезд в инфракрасном диапазоне. Спектр света обычной звезды существенно отличается от той картины, которую мы наблюдаем, глядя на красные гиганты и белые карлики.
Для вырожденных ядер таких звезд существует верхний предел массы, в противном случае небесное тело становится физически неустойчивым и может наступить коллапс.
Вырождение ядра красного гиганта
Объяснить столь высокую плотность, которую имеют белые карлики с точки зрения физических законов практически невозможно. Происходящие процессы стали понятны, только благодаря квантовой механике, которая позволила изучить состояние электронного газа звездного вещества.
В отличие от обычной звезды, где для изучения состояния газа используется стандартная модель, в белых карликах ученые имеют дело с давлением релятивистского вырожденного электронного газа. Говоря понятным языком, наблюдается следующее.
При огромном сжатии в 100 и более раз, звездное вещество становится похоже на один большой атом, в котором все атомные связи и цепочки сливаются воедино.
В таком состоянии электроны образуют вырожденный электронный газ, новое квантовое образование которого может противостоять силам гравитации. Этот газ образует плотное ядро, лишенное оболочки.
В результате исследований ученых физиков в области квантовой механики, была создана модель белого карлика. Под действием сил гравитации, звездное вещество сжимается до такой степени, что электронные оболочки атомов разрушаются, электроны начинают свое собственное хаотичное движение, переходя из одного состояния в другое.
Ядра атомов в отсутствие электронов образуют систему, образуя между собой прочную и устойчивую связь. Электронов в звездном веществе настолько много, что образуется много состояний, соответственно скорость электронов сохраняется.
Большая скорость элементарных частиц создает колоссальное внутренне давление электронного вырожденного газа, который в состоянии противостоять силам гравитации.
Когда стали известны белые карлики?
Несмотря на то, что первым белым карликом, открытым астрофизиками, считается Сириус В, имеются сторонники версии более раннего знакомства научного сообщества со звездными объектами этого класса.
Еще в 1785 году астроном Гершель впервые включил в звездный каталог тройную звездную систему в созвездии Эридана, разделив все звезды по отдельности.
Только спустя 125 лет астрономы выявили аномально низкую светимость 40 Эридана В при высокой цветовой температуре, что послужило поводом для выделения таких объектов в отдельный класс.
Объект обладал слабым блеском, соответствующим звездной величине +9,52m. Белый карлик обладал массой ½ солнечной и имел диаметр меньше земного.
Эти параметры противоречили теории внутреннего строения звезд, где светимость, радиус и температура поверхности звезды являлись ключевыми параметрами определения класса звезды.
Маленький диаметр, низкая светимость с точки зрения физических процессов не соответствовали высокой цветовой температуре. Такое несоответствие вызывало много вопросов.
Последние научные выводы
Небесные светила, с которыми мы имеем дело, представляют собой естественный природный полигон, благодаря которому человек может изучить строение звезд, этапы их эволюции.
Если рождение звезд можно объяснить физическими законами, которые одинаково действуют в любой обстановке, то эволюция звезд представлена совершенно иными процессами.
Научное объяснение многих из них переходит в категорию квантовой механики, науки об элементарных частицах.
Белые карлики выглядят в этом свете самыми загадочными объектами:
- Во-первых, очень любопытно выглядит процесс вырождения ядра звезды, в результате которого звездное вещество не разлетается в космосе, а наоборот, сжимается до невообразимых размеров;
- Во-вторых, при отсутствии термоядерных реакций, белые карлики остаются достаточно горячими космическими объектами;
- В-третьих, эти звезды, имея высокую цветовую температуру, обладают низкой светимостью.
На эти и многие другие вопросы учеными всех мастей, астрофизикам, физикам и ядерщикам еще предстоит дать ответы, которые позволят предугадать судьбу нашего родного светила. Солнце ожидает судьба белого карлика, однако остается под вопросом, сможет ли человек наблюдать Солнце в этой роли.
Источник: https://MilitaryArms.ru/kosmos/belyj-karlik/
Белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры
Рубрика “Астрономия”
Всем пируват!
Уолтер Левин – бывший преподаватель МТИ (Массачусетский Технологический Институт), известный современный физик.
Будучи еще студентом, писал диссертацию о физике ядра, но когда стал профессором, на смену ядерной физике пришла астрофизика.
В одном из своих недавних интервью Левин рассказал о трёх наиболее интересных для него астрономических объектах: белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры.
Чем же они интересны и как связаны между собой? Вот главные вопросы сегодняшнего поста.
Откуда берутся белые карлики? Наверняка многие знают, что они не входят в область главной последовательности звезд на диаграмме Герцшпрунга-Рассела:
Когда звезда относительно небольшой массы истощает своё ядерное топливо, она «раздувается», сбрасывая внешние оболочки. Образуется планетарная туманность, в центре которой остаётся белый карлик. Его радиус сравним с радиусом Земли, а масса немного больше солнечной.
Поэтому плотность таких звёзд довольно высока.
Почему бы им не сжиматься до бесконечно большой плотности? Принцип запрета Паули не позволяет электронам быть в одном и том же квантовом состоянии (электрон является фермионом), поэтому при увеличении плотности звезды электроны начинают двигаться с большей скоростью. Это создает дополнительное давление изнутри, предотвращающее полное сжатие.
Светимость белых карликов, как видно из диаграммы, низкая, поэтому их трудно регистрировать в оптическом диапазоне.
Однако самый известный белый карлик – Сириус В – был пойман в телескоп Альваном Кларком еще в 1862 году.
Вместе с Сириусом А (или просто – Сириусом) Сириус В составляет двойную систему белого карлика и звезды главной последовательности. Период обращения Сириуса В составляет около 50 лет.
Иллюстрация наиболее вероятного вида системы
Если Сириус А до сих пор горит, значит Сириус В раньше был намного массивнее его: в тяжёлых звёздах термоядерный синтез протекает быстрее, поэтому и «умирают» они раньше. В определенный момент Сириус В стал красным гигантом, затем сбросил внешние оболочки. Как быть с тем, что белые карлики, их большинство, – это часть так называемой невидимой астрономии?
Регистрировать их в рентгеновском диапазоне. Зарождение рентгеновской астрономии – относительно недавнее событие (середина ХХ века). Для сравнения снимок системы Сириуса: А выглядит тусклее В, хотя в видимом диапазоне светимость А больше на несколько порядков.
Белый карлик может быть компонентом тесно связанной гравитационной системы, в которой вещество звезды-соседа перетекает на него.
Нейтронная звезда – тоже один из завершающих этапов существования звезды, но только масса «умирающей» звезды должна быть больше.
Естественно предположить, что нейтронные звёзды в основном состоят из нейтронов. Как это возможно? Атомы состоят из нейтронов и протонов в ядре и электронов.
При огромной плотности электроны сливаются с протонами, тем самым делая из них нейтроны. Кстати, этот процесс высвобождает нейтрино.
Примерное строение нейтронной звезды:
Твёрдая оболочка состоит из некоторых химических элементов.
Некоторые нейтронные звёзды вращаются с высокими скоростями – несколько сотен оборотов в секунду. Также они обладают сильными магнитными полями.
Нейтронные звёзды подразделяются на:
- Эжекторы, они же радиопульсары (выброс заряженных частиц, излучающих в радиодиапазоне);
- Аккреторы, они же рентгеновские пульсары (вещество достигает поверхности такой звезды, нагревается до очень высоких температур и начинает излучать в рентгеновском диапазоне);
- Георотаторы (материя не попадает на звезду из-за её магнитного поля);
Пропеллеры (плохо изученный вид, скорее всего, ничем не примечательный – обычная звезда из нейтронов).
Остановимся на аккреторах. Их свойства, а именно низкая скорость вращения и подходящее магнитное поле, позволяют им находиться в двойных системах.
Системы с нейтронными звёздами – мощные источники рентгеновского излучения. Материя остывающей звезды перетекает на аккретор. По достижении материей его поверхности высвобождается много гравитационной потенциальной энергии. Окрестный газ начинает нагреваться до нескольких миллионов кельвинов и излучать в рентгеновском диапазоне.
Наконец, чёрные дыры. В общепринятом понимании, это область континуума с таким гравитационным притяжением, что её не могут покинуть даже фотоны.
Вторая космическая скорость черных дыр превышает скорость света. Один из вариантов их возникновения – последняя стадия эволюции звёзд, массы которых намного превышают солнечную.
Чёрные дыры звёздной массы являются одним из компонентов системы, имеющей название «микроквазар».
До коллапса более массивной звезды это была обычная двойная система звёзд. Теперь же вещество горящей звезды перетекает на чёрную дыру. Возникают джеты из частиц, которые сопровождаются излучением в радио- и рентгеновском диапазонах. Их появление обусловлено взаимодействием магнитного поля с диском материи около черной дыры (аккреационным диском).
Кроме того, чёрные дыры – предмет спора учёных по многим причинам:
- «Битва при чёрной дыре» – противостояние Леонарда Сасскинда и Стивена Хокинга. Они имели разные представления о том, что происходит с объектом (информацией), попавшей в чёрную дыру.
- Что находится внутри черной дыры? То, о чем мы можем лишь предполагать, – сингулярность – бесконечно малый размер и бесконечно большая плотность.
Однако тема чёрных дыр требует отдельного обсуждения.
Итак, все эти объекты объединены тем, что являются:
- Завершающим этапом эволюции звёзд (разных масс);
- Компонентами двойных систем;
- Мощными источниками рентгеновского излучения.
Белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры представляют немалый интерес для астрофизиков. В настоящее время происходит их активное изучение.
До встречи в следующих постах!
Источники изображений: 1 2 3 4 5 6 7 8
Источник: https://golos.io/goldvoice/@vp-cosmos/belyie-karliki-neijtronnye-zvyozdy-i-chyornye-dyry
Белые карлики
Около ста пятидесяти лет тому назад известный астроном и математик Бессель проводил наблюдения над Сириусом — самой яркой звездой неба. При этом он натолкнулся на весьма любопытное явление: обнаружил, что, двигаясь по небу, Сириус испытывает периодические отклонения от прямолинейного пути, обычного для большинства звезд.
Этот факт послужил толчком к открытию удивительных небесных тел — «белых карликов». Немало разнообразных произведений посвятили им писатели-фантасты. Но, пожалуй, еще больше интереса вызвали они у людей науки. Исследование белых карликов еще далеко не закончено. И сегодня они продолжают задавать загадки астрономам и физикам.
Об этих необычных телах, об их поныне неразгаданных особенностях мы и расскажем.
СТРАННЫЙ СПУТНИК
Открытое Бесселем своеобразие движения Сириуса нашло простое объяснение. Было высказано предположение, что Сириус имеет невидимого спутника, «возмущающего» его движение. Такие двойные системы во Вселенной не редкость. Наша Земля, двигаясь вокруг Солнца, тоже испытывает, хотя и в гораздо меньшей степени, влияние своего естественного спутника — Луны.
Вскоре это предположение подтвердилось: вблизи ожидаемого места удалось обнаружить очень тусклую звездочку. Термин «очень тусклая», правда, слишком неопределенен. Поэтому нам придется ввести специальную величину — светимость.
Она измеряет количество световой энергии, излучаемой звездой за определенный промежуток времени. Так вот, светимость спутника Сириуса оказалась очень малой — в несколько сот раз меньше, чем Солнца. В то же время по степени влияния на движение Сириуса можно было определить массу спутника.
И здесь неожиданно получилась весьма внушительная цифра: спутник оказался почти столь же массивным, как Солнце!
Попробуем разобраться, чем же можно объяснить причину такого резкого различия свойств спутника Сириуса и Солнца.
Заметим, прежде всего, что светимость зависит главным образом от двух величин: температуры поверхности звезды и размера этой поверхности. С уменьшением этих величин светимость падает.
А раз так, то объяснить малую светимость спутника можно двояко: либо температура его невысока, либо размеры его малы по сравнению с Солнцем.
Сначала ученые пошли по первому — более простому и, как оказалось, неверному — пути. Спутник Сириуса (ему было присвоено название Сириус-В) был зачислен в разряд сравнительно холодных звезд. Интерес к нему пропал: мало ли холодных звезд во Вселенной! И долгое время он не привлекал к себе особого внимания.
Но настало время, когда спокойствие астрономов нарушилось. Это произошло тогда, когда появилась возможность исследовать спектр излучения Сириуса-В и в первую очередь цветовой его состав.
Дело в том, что по цвету астрономы научились оценивать температуру поверхности звезд.
(Стоит напомнить, что тот же по существу физический принцип используется издавна при определении степени нагретости металла: ведь, разогреваясь, металл меняет цвет от темно-красного до бело-голубого.)
Короче говоря, ко всеобщему удивлению специальные исследования показали, что Сириус-В является не только не холодной, но, наоборот, очень горячей звездой. Он принадлежит к классу белых звезд и имеет поверхностную температуру порядка 8000 градусов — на 2000 градусов более высокую, чем у Солнца.
И тут встала задача по-новому объяснить малую светимость загадочного спутника.
Собственно, ответ на этот вопрос был готов и раньше — пришлось вспомнить о второй возможности, которую прежде отбросили: считать, что Сириус-В чрезвычайно мал по размерам. Сделали подсчеты.
И выяснилось, что радиус звезды должен быть примерно в 50 раз меньше радиуса Солнца. Иными словами Сириус-В величиной напоминает нашу Землю.
Если теперь вспомнить, что масса его близка к солнечной, то мы приходим к совершенно поразительному выводу: средняя плотность вещества Сириуса-В составляет около 105 граммов (сто килограммов) на кубический сантиметр.
В 100 000 раз больше плотности воды! Ни с чем, хотя бы отдаленно похожим, человек никогда не имел дела — плотность даже самого тяжелого земного вещества не превышает 20 граммов на кубический сантиметр.
Грандиозность приведенной величины читатель лучше всего почувствует, если попробует подсчитать, скольких приятелей ему придется звать на помощь, чтобы перевернуть сделанную из вещества Сириуса-В страницу нашего журнала, если б он был по старинке бумажным, а не виртуальным.
КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ
Вывод, к которому мы пришли, может не всем показаться достаточно убедительным. Поэтому стоит привести и другой факт, который его подтверждает. Речь идет об эффекте так называемого «красного смещения», предсказанном знаменитым физиком Эйнштейном.
Эффект заключается в том, что частота световых колебаний зависит от величины силы тяжести, действующей на пути распространения света. Если на источник света действует большая сила тяжести, чем на приемник, то и частота испускаемого света будет больше, чем принимаемого.
Свет, как говорят оптики, «покраснеет» в процессе распространения от области с большей силой тяжести к области с меньшей силой тяжести.
Попробуем объяснить, почему это произойдет. Читателю, вероятно, известно, что при определенных условиях свет можно считать состоящим из частиц-фотонов. И энергия их пропорциональна частоте света.
Ясно и другое: чтобы любое тело — будь то космический корабль или фотон — могло вырваться из области, где сила тяжести велика, нужно затратить определенное количество энергии. А так как фотон не снабжен никакой «ракетой-носителем», он расходует на это собственную энергию.
В результате, «вырываясь из оков тяжести», он теряет свою энергию, снижает частоту световых колебаний и попадает в приемник с меньшей энергией, то есть с меньшей частотой.
На поверхности Сириуса-В сила тяжести во много раз больше, чем на Земле (притом же примерно радиусе эта звезда имеет гораздо большую массу).
Поэтому пришедший с Сириуса-В свет должен иметь заметно меньшую частоту, чем свет от такого же источника, находящегося на Земле.
А зная изменение частоты, нетрудно вычислить силу тяжести на поверхности Сириуса-В и тем самым проверить полученные ранее данные о его массе и радиусе. Такие исследования были проделаны. Титаническое тяготение оказалось действительно запечатленным в свете звезды.
БЕЛЫЕ КАРЛИКИ
Внимательный читатель, вероятно, уже понял, почему звезды, подобные Сириусу-В, получили это не совсем обычное для научного термина название. Но прежде чем идти дальше, полезно познакомиться с системой звезд в целом и уточнить, какое место занимают в ней белые карлики.
Здесь очень удобна так называемая диаграмма Рессела, изображенная на рисунке.
Она представляет собой график, по вертикальной оси которого отложены светимости звезд, а по горизонтальной (ее принято направлять справа налево) — температуры их поверхностей.
Каждой звезде на графике соответствует отдельная точка. И вот оказывается, что точки-звезды располагаются на графике не как попало. Они образуют три четко выделенные области — те, что заштрихованы.
Прежде всего, мы видим узкую длинную полосу, пересекающую график по диагонали. Это — «главная последовательность». К ней относятся обычные звезды, подобные нашему Солнцу. Справа вверху расположены «красные гиганты».
Как видно из диаграммы, они имеют низкую температуру («красные»). Светимость же их высока, что возможно только в том случае, если их размеры велики («гиганты»). Наконец в левом нижнем углу находятся звезды, которым посвящена эта статья.
Их температура высока («белые»), тогда как светимость, а значит и радиус малы («карлики»).
Таким образам, белые карлики — отнюдь не редкость. Они образуют отдельный ярко выраженный звездный класс. В него входит огромное число звезд, вероятно, несколько процентов общего числа звезд Галактики. Однако к настоящему моменту открыто всего около сотни белых карликов. Все они имеют массу порядка солнечной и радиус порядка земного. И все же их свойства могут заметным образом различаться.
Как видно из диаграммы Рессела, область белых карликов растянута вдоль оси температур. Малым температурам отвечают «желтые», большим — «голубые» карлики. Светимость карликов также может быть различной. Она, как правило, меньше солнечной, и иногда в десятки тысяч раз.
Гораздо важнее, однако, вопрос о том, какой величины может достигать плотность белых карликов. Мы приведем данные по одной из наиболее плотных звезд этого класса— звезде Росс-627. Она имеет массу, равную солнечной, а радиус всего 3000 километров.
В 200 раз меньше солнечного и вдвое меньше земного! А средняя плотность ее вещества превышает 10: граммов (10 тонн) на кубический сантиметр! В центре звезды плотность еще выше. Факт, способный поразить воображение даже самого закаленного скептика.
Однако можно думать, что и это не предел.
НОВЫЕ И СВЕРХНОВЫЕ
Рассматривая диаграмму Рессела, вы можете спросить: с чем связано наличие пустых промежутков, разделяющих звездные классы? Ответ таков: не всякая звезда устойчива. Попавшая в этот промежуток звезда сравнительно быстро меняет свои свойства и попадает в заштрихованную область диаграммы.
Мы сейчас немного отвлечемся и поговорим о неустойчивых звездах, ибо этот вопрос имеет отношение к прошлому и, возможно, будущему белых карликов. Примеров неустойчивости звезд известно много. Кратковременная и даже слабая потеря устойчивости Солнца приводит к мощным вспышкам, при которых на Земле нарушается радиосвязь, возникают магнитные бури и т. д.
Очень интересное явление представляют собой вспышки Новых звезд (или просто Новых). Слабая звезда вдруг резко увеличивает блеск и спустя короткое время затухает. При этом она «сбрасывает» свою оболочку, которая постепенно расширяется в окружающее пространство. И это может повторяться много раз подряд.
Однако самым ярким проявлением неустойчивости звезд являются совершенно исключительные по мощности вспышки Сверхновых. В 1054 году два безымянных астронома — китайский и японский — зафиксировали в своих рукописях необычное явление природы: в небе вспыхнула звезда исключительной яркости, видимая даже днем.
Проведенные в наши дни измерения скорости «хлопьев» Крабовидной туманности, расположенной примерно в той же точке неба, показали, что эта туманность расширяется, причем начало расширения относится к эпохе примерно 900-летней давности. Таковы два разных этапа одного и того же явления — вспышки Сверхновой.
При подобных вспышках происходит мощный взрыв, из-за которого значительная часть массы звезды выбрасывается в окружающее пространство. В результате образуется нечто вроде «вишни»: в центре плотная косточка-звезда, вокруг рыхлая мякоть — туманность. Последняя постепенно расползается и принимает неправильные очертания.
Чем вызывается потеря устойчивости звезд? Видимо, мощными ядерными взрывами, при которых выделяется огромное количество энергии. Возможно, что значительную роль играют магнитные поля звезд. Однако полного понимания природы вспышек еще нет. В особенности это относится к Сверхновым.
После этих отступлений вернемся к нашей основной теме и поставим вопрос: как возникли белые карлики и какова их дальнейшая судьба? К сожалению, пока сказать по этому поводу можно не слишком много.
Согласно наиболее распространенной сейчас эволюционной гипотезе звезды главной последовательности переходят в процессе своего развития в состояние красного гиганта.
После этого происходит потеря устойчивости, оболочка звезды сбрасывается, сердцевина уплотняется и возникает белый карлик. Он является по этой гипотезе «умирающей» звездой, последним этапом эволюции звезды, как светящегося тела.
Потом, остывая, он постепенно превращается в «черный» карлик и становится невидимым.
Имеются и другие точки зрения. Высказывалась гипотеза, что карлик возникает не из красного гиганта, а при вспышке Новой. Но так как подобные вспышки повторяются десятки и сотни раз, карлик отнюдь не может быть умирающей звездой. Напротив, он должен нести в себе значительные запасы энергии. Существуют и другие гипотезы, но в целом этот важный вопрос еще далек от разрешения.
Источник: http://www.poznavayka.org/astronomiya/belyie-karliki/
Загрузка...
