БЕЛИ ПАТУЉАК: КАРАКТЕРИСТИКЕ, САСТАВ, ФОРМАЦИЈА, ВРСТЕ - АРТЕ - 2025

Бели патуљак је звезда у последњим фазама развоја, која је већ користи сву водоника у његовом језгру, као и гориво у свом унутрашњем реактору. Под тим околностима, звезда се хлади и сјајно се стеже услед сопствене гравитације.

Само се топлота складишти током свог постојања, па је на неки начин бели патуљак попут угља који остаје након угасивања колосалног огњишта. Проћи ће милиони година пре него што последњи дах њене топлине напусти, претварајући је у хладан и мрачан предмет.

Слика 1. Изблиза бинарног система Сириус А (главна звезда) и Сириус Б (бели патуљак) на рендгенским зрацима које је снимио Цхандра. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Откриће

Иако се сада зна да их има у изобиљу, никада их није било лако уочити јер су изузетно мале.

Први бели патуљак открио је Вилијам Херсцхел 1783. године, као део Ериданијевог звезданог система 40, у сазвежђу Еридано, чија је најсјајнија звезда Ахернар, видљивог на југу (на северној хемисфери) током зиме.

40 Ериданија чине три звезде, од којих је једна, 40 Еридане А. видљива је голим оком, али 40 Еридани Б и 40 Еридани Ц су много мање. Б је бели патуљак, док је Ц црвени патуљак.

Годинама касније, након открића Ериданијевог система 40, немачки астроном Фриедрицх Бессел открио је 1840. године да Сириус, најсјајнија звезда Цанис Мајор-а, има дискретну пратњу.

Бессел је приметио мале синуозитете на путањи Сириуса, чије објашњење не може бити само близина друге мање звезде. Звали су га Сириус Б, око 10.000 пута мрачнији од сјајног Сириуса А.

Показало се да је Сириус Б једнако мали или мањи од Нептуна, али са невероватно високом густином и површинском температуром од 8000 К. И пошто Сириус Б зрачење одговара белом спектру, постао је познат као "бели патуљак".

И од тада се свака звезда са овим карактеристикама назива тако, иако бели патуљци такође могу бити црвени или жути, будући да имају различите температуре, а беле су најчешће.

карактеристике

До данас је документовано око 9000 звезда класификованих као бели патуљци, према Слоан Дигитал Сурвеи Сурвеи (СДСС), пројекту посвећеном изради детаљних тродимензионалних мапа познатог свемира. Као што смо рекли, није их лако открити због њихове слабе светлости.

У близини Сунца има доста белих патуљака, од којих су многе открили астрономи Г. Куипер и В. Луитен раних 1900-их. Стога су његове главне карактеристике проучаване релативно лако, према расположивој технологији.

Најистакнутији су:

- Мала величина, упоредива са планетом.

- Високе густине.

- Мала светлост.

- Температуре у опсегу од 100000 до 4000 К.

- Имају магнетно поље.

- Имају атмосферу водоника и хелијума.

- Интензивно гравитационо поље.

- Мали губитак енергије услед зрачења, због чега се хлади веома споро.

Захваљујући температури и светлости, познато је да су њихови радијуси врло мали. Бели патуљак чија је температура површине слична температури Сунца, једва да емитује једну хиљаду сјаја. Према томе, површина патуљака мора бити врло мала.

Слика 2. Сириус Б и планета Венера имају приближно исти пречник. Таггед

Ова комбинација високе температуре и малог радијуса чини да се звезда чини белом, као што је горе поменуто.

Што се тиче њихове структуре, претпоставља се да имају чврсто језгро кристалне природе, окружено материјом у гасовитом стању.

То је могуће захваљујући узастопним трансформацијама које се догађају у нуклеарном реактору звезде: од водоника до хелијума, од хелијума до угљеника и од угљеника до тежих елемената.

То је реална могућност, јер је температура у патуљастом језгру довољно ниска да постоји тако чврсто језгро.

У ствари, недавно је откривено бело патуљак са дијамантским језгром пречника 4000 км, који се налази у сазвежђу Алпха Центаури, 53 светлосне године од Земље.

Густина белих патуљака

Питање густине белих патуљака изазвало је велику забринутост међу астрономима крајем 19. и почетком 20. века. Прорачуни су указивали на врло високе густине.

Бели патуљак може имати масу до 1,4 пута већу од нашег Сунца, компримовану на величину Земље. На овај начин, густина му је милион пута већа од воде и управо је оно што одржава бели патуљак. Како је могуће?

Квантна механика тврди да честице попут електрона могу да заузму само одређене нивое енергије. Постоји и принцип који ограничава распоред електрона око атомског језгра: Паулијев принцип искључења.

Према овом својству материје, немогуће је да два електрона имају исто квантно стање унутар истог система. Даље, у обичној материји нису сви дозвољени нивои енергије обично заузети, већ су само неки.

Ово објашњава зашто су густине земаљских супстанци само неколико грама по кубном центиметру.

Дегенерирају материју

Сваки ниво енергије заузима одређени волумен, тако да регија која заузима један ниво не преклапа се с оним другог. На овај начин, два нивоа са истом енергијом могу коегзистирати без проблема, све док се не преклапају, јер постоји сила дегенерације која је спречава.

Ово ствара неку врсту квантне баријере која ограничава контракцију материје у звезди, стварајући притисак који надокнађује гравитациони колапс. Ово одржава интегритет белог патуљка.

У међувремену, електрони испуњавају све могуће енергетске положаје, брзо испуњавајући најниже и само оне са највишом енергијом који су на располагању.

У тим околностима, са свим енергетским стањима, материја је у стању које се у Физици назива дегенерираним стањем. То је стање максималне могуће густине, према принципу искључења.

Али пошто је несигурност у положају △ к електрона минимална, због велике густине, по Хеисенберговом принципу неизвесности, неизвесност у линеарном моменту бе п ће бити веома велика, да надокнади маленост △ к и испуни је Тако:

△ к △ п ≥ ћ / 2

Где је х х / 2π, где је х Планцкова константа. Тако се брзина електрона приближава брзини светлости, а притисак који врше повећава, јер се и судари повећавају.

Овај квантни притисак, назван Фермијевим притиском, не зависи од температуре. Због тога бели патуљак може имати енергију на било којој температури, укључујући апсолутну нулу.

Еволуција

Захваљујући астрономским осматрањима и рачунарским симулацијама, формирање типичне звезде попут нашег Сунца врши се на следећи начин:

- Прво, гас и космичка прашина у водику и хелијуму се кондензују захваљујући гравитацији, да би се створио протостар, млади звездани објект. Протостар је сфера која се брзо уговара, а чија се температура постепено повећава током милиона година.

- Једном када се достигне критична маса, а како температура расте, нуклеарни реактор се укључује унутар звезде. Када се то догоди, започиње фузија водоника и звезда се придружује такозваној главној секвенци (видети слику 3).

- Временом се водоник у језгри исцрпљује и почиње паљење водоника у најудаљенијим слојевима звезде, као и хелијум у језгру.

- Звезда се шири, повећава осветљеност, смањује температуру и постаје црвена. Ово је фаза црвеног гиганта.

- Спољни слојеви звезде су раздвојени захваљујући звезданом ветру и формирају планетарну маглу, мада у њој нема планета. Ова маглица окружује језгро звезде (много врелије), које, када се исцрпи резерва водоника, почне сагоревати хелијум да би формирао теже елементе.

- Маглина се расипа и напушта језгро оригиналне звезде, која постаје бели патуљак.

Иако је нуклеарна фузија престала упркос томе што још увек има материјала, звезда и даље има невероватну резерву топлоте која зрачењем полако одашиље. Ова фаза траје дуго (око 10 ¹⁰ година, процењена старост универзума).

- Једном када је хладно, светлост коју је емитирала потпуно нестаје, а бели патуљак постаје црни патуљак.

Слика 3. Животни циклус звезда. Извор: Викимедиа Цоммонс. РН Баилеи

Еволуција Сунца

Највероватније, наше Сунце, због својих карактеристика, пролази кроз описане фазе. Данас је Сунце одрасла звезда у главном низу, али све звезде га напуштају у неком тренутку, пре или касније, мада је највећи део живота провео тамо.

Биће потребно много милиона година да би ушао у наредну фазу црвеног гиганта. Када се то догоди, Земљу и остале унутрашње планете биће захваћено излазеће Сунце, али пре тога ће океани највероватније испарити и Земља ће постати пустиња.

Не пролазе све звезде кроз ове фазе. Зависи од његове масе. Они који су знатно масивнији од Сунца имају много спектакуларнији крај јер завршавају као супернове. Остатак у овом случају може бити необичан астрономски објект, попут црне рупе или неутронске звезде.

Граница Цхандрасекхар

1930. 19-годишњи хиндуистички астрофизичар по имену Субрахманиан Цхандрасекхар утврдио је постојање критичне масе у звездама.

Звезда чија је маса испод ове критичне вредности прати стазу белог патуљка. Али ако му је маса изнад врха, његови дани завршавају се у огромној експлозији. Ово је граница Цхандрасекхар и приближно је 1,44 пута већа од масе нашег Сунца.

Израчунава се на следећи начин:

Овде је Н број електрона по јединици масе, ћ је Планцкова константа дељена са 2π, ц је брзина светлости у вакууму, а Г је универзална гравитациона константа.

То не значи да звезде веће од Сунца не могу постати бели патуљци. Током свог боравка у главном низу, звезда непрестано губи масу. То чини и у својој фази црвене џиновске и планетарне маглице.

С друге стране, кад се једном претвори у белог патуљка, моћна гравитација звезде може привући масу друге звезде у близини и повећати своју. Једном када се прекорачи граница Цхандрасекхар, крај патуљака - и друга звезда - можда неће бити спор као онај описан овде.

Ова близина може поново покренути изумрли нуклеарни реактор и довести до огромне експлозије супернове (супернове Иа).

Састав

Када се водоник у језгру звезде трансформише у хелијум, он почиње да спаја атоме угљеника и кисеоника.

А када се заузврат истроши резерва хелија, бели патуљак се састоји углавном од угљеника и кисеоника, а у неким случајевима и неона и магнезијума, под условом да језгро има довољан притисак да синтетише ове елементе.

Слика 4. Звезда АЕ Акуарии је пулсирајући бели патуљак. Извор: НАСА путем Викимедиа Цоммонса.

Вероватно да патуљак има танку атмосферу хелијума или водоника, будући да је површинска гравитација звезде велика, тешки елементи имају тенденцију накупљања у центру, остављајући оне лакше на површини.

Код неких патуљака је чак могуће спојити неонске атоме и стварати чврсте језгре гвожђа.

обука

Као што смо рекли у претходним параграфима, бели патуљак се формира након што звезда потроши резерву водоника. Тада се набубри и шири, а затим материју избацује у облику планетарне маглице, остављајући језгро унутра.

Ово језгро, сачињено од дегенериране материје, је оно што је познато као бела патуљаста звезда. Једном када се његов фузијски реактор искључи, смањује се и хлади, губећи сву топлотну енергију и сјај.

Врсте белих патуљака

За класификацију звијезда, укључујући бијеле патуљке, користи се спектрални тип, који заузврат зависи од температуре. За именовање патуљастих звезда користи се велико слово Д, а затим једно од ових слова: А, Б, Ц, О, З, К, Кс. Ова друга слова: П, Х, Е и В означавају још један низ карактеристика, много тачније.

Свако од ових слова означава истакнуто својство спектра. На пример, ДА звезда је бели патуљак чији спектар има водоничну линију. А патуљасти ДАВ има водоничну линију и, даље, В означава да је променљива или пулсирајућа звезда.

Коначно, низу слова додаје се број између 1 и 9 да би се назначио температурни индекс н:

н = 50400 / ефективно Т звезде

Друга класификација белих патуљака темељи се на њиховој маси:

- Око 0,5 М нед

- Просечна маса: између 0,5 и 8 пута М Сол

- Између 8 и 10 пута веће од масе Сунца.

Примери белих патуљака

- Сириус Б у сазвежђу Цан Мајор, пратилац Сириус А, најсјајнија звезда на ноћном небу. То је најближи бели патуљак од свих.

- АЕ Акуарии је бели патуљак који емитује рендгенске импулсе.

- 40 Еридани Б, далеких 16 светлосних година. Посматра се телескопом

- ХЛ Тау 67 припада сазвежђу Бика и променљиви је бели патуљак, први такве врсте који је откривен.

- ДМ Лирае је део бинарног система и бели је патуљак који је експлодирао као нова у 20. веку.

- ВД Б1620 је бели патуљак који такође припада бинарном систему. Пратећа звезда је пулсирајућа звезда. У овом систему постоји планета која обилази обојицу.

- Процион Б, пратилац Процион-а, у сазвежђу Малог пса.

Слика 5. Бинарни систем Процион, бели патуљак је сићушна тачка на десној страни. Извор: Гиусеппе Донатиелло преко Флицкр-а.

Референце

1. Царролл, Б. Увод у модерну астрофизику. 2нд. Едитион. Пеарсон.
2. Мартинез, Д. Звјездана еволуција. Опоравак од: Гоогле књиге.
3. Олаизола, И. Бели патуљци. Опоравак од: телесфоро.аранзади-зиентзиак.орг.
4. Остер, Л. 1984. Савремена астрономија. Редакција Реверте.
5. Википедиа. Вхите Дварфс. Опоравак од: ес. википедиа.орг.
6. Википедиа. Списак белих патуљака. Опоравак са ен.википедиа.орг.