Când ne uităm la cerul de noapte, ni se pare că toate stelele sunt la fel. Ochiul uman cu mare dificultate distinge spectrul vizibil al luminii emise de corpurile îndepărtate celeste. Steaua, care este încă abia vizibilă, poate fi mult timp stinsă, iar noi doar vedem lumina ei. Fiecare dintre stele își trăiește propria viață. Unele strălucește chiar și lumina albă, altele arătau ca niște puncte luminoase strălucitoare. Încă altele sunt pete stralucitoare strălucitoare, abia vizibile pe cer.
Fiecare dintre stele rămâne într-o anumită etapă a evoluției sale și, cu timpul, se transformă într-un corp ceresc dintr-o altă clasă. În loc de un punct luminos și orbitos pe cerul de noapte, apare un nou spațiu spațial - un pitic alb - o stea învechită. Această etapă de evoluție este caracteristică celor mai multe stele obișnuite. Nu evitați o soartă similară și soarele nostru.
Ce este un pitic alb: o stea sau un fantom?
Numai recent, în secolul al XX-lea, a devenit clar pentru oamenii de știință că un pitic alb este tot ce rămâne în spațiu dintr-o stea obișnuită. Studiul stelelor din punctul de vedere al fizicii termonucleare a dat o idee despre procesele care se infuri în adâncurile corpurilor celeste. Stelele formate ca urmare a interacțiunii forțelor de gravitate reprezintă un reactor termonuclear colosal în care reacțiile în lanț ale fisiunii de nuclee de hidrogen și heliu apar în mod constant. În astfel de sisteme complexe, rata de evoluție a componentelor nu este aceeași. Rezervații uriașe de hidrogen asigură viața unei stele cu miliarde de ani înainte. Reacțiile cu hidrogen termonuclear contribuie la formarea heliului și a carbonului. După fuziunea termonucleară, legile termodinamicii intră în joc.
După ce steaua a consumat tot hidrogenul, miezul său sub influența forțelor gravitaționale și presiunea internă enormă începe să se micșoreze. Pierzând partea principală a plicului său, corpul ceresc atinge limita de masă a stelei, la care poate exista ca un pitic alb lipsit de surse de energie, continuând să emită căldură prin inerție. De fapt, piticii albi sunt stele din clasa de giganți roșii și supergiști care și-au pierdut cochilia exterioară.
Termonuclear fuziune epuizează o stea. Hidrogenul se usucă și heliul, ca o componentă mai masivă, poate evolua în continuare, ajungând la o stare nouă. Toate acestea conduc la faptul că la început giganții roșii se formează pe locul unei stele obișnuite, iar steaua părăsește secvența principală. Astfel, trupul ceresc, care ia calea imbatranirii lente si inevitabile, se transforma treptat. Vârsta veche a stelei este un drum lung spre inexistență. Toate acestea se întâmplă foarte încet. Un pitic alb este un corp ceresc, cu care, în afara secvenței principale, se produce procesul inevitabil de dispariție. Reacția sintezei heliului conduce la faptul că miezul unei stele învechite se micșorează, iar stelele își pierd în cele din urmă cochilia.
Evoluția pitișilor albi
În afara secvenței principale, steaua se estompează. Sub influența gravitației, gazul încălzit de giganți roșii și supergianți se risipește peste univers, formând o nebulă planetară tânără. După sute de mii de ani, nebuloasa a fost împrăștiată, iar în locul ei rămâne nucleul degenerat al unui gigant roșu de culoare albă. Temperaturile unui astfel de obiect sunt destul de mari de la 90000 K, estimându-se din linia de absorbție a spectrului și până la 130.000 K, atunci când evaluarea este efectuată în cadrul spectrului de raze X. Cu toate acestea, datorită mărimii mici, răcirea unui corp ceresc se întâmplă foarte lent.
Imaginea aceea a cerului înstelat, pe care o observăm, are o vârstă de zeci la sute de miliarde de ani. Acolo unde vedem pitici albi, un alt corp ceresc ar putea exista deja în spațiu. Steaua sa mutat la clasa pitic negru, stadiul final al evoluției. În realitate, în locul unei stele, rămâne un cheag de materie a cărui temperatură este egală cu temperatura spațiului din jur. Principala caracteristică a acestui obiect este absența completă a luminii vizibile. A observa o astfel de stea într-un telescop optic obișnuit este destul de dificil datorită luminozității scăzute. Principalul criteriu pentru detectarea piticilor albi este prezența radiațiilor ultraviolete de mare putere și a razelor X.
Toți piticii albi cunoscuți, în funcție de spectrul lor, sunt împărțiți în două grupe:
- obiecte de hidrogen, clasa spectrală DA, în spectrul căruia nu există linii de heliu;
- heliu pitici, spectral clasa DB. Principalele linii din spectru sunt în heliu.
Piticii albi de tip hidrogen alcătuiesc majoritatea populației, până la 80% din toate obiectele cunoscute în prezent de acest tip. Helios piticii reprezinta restul de 20%.
Etapa evoluționistă, ca urmare a apariției unui pitic alb, este ultima pentru stelele ne-masive, care includ vedeta noastră, Soarele. În această etapă, steaua are următoarele caracteristici. În ciuda unei dimensiuni mici și compacte a unei stele, materia ei stelară cântărește exact cât este necesar pentru existența ei. Cu alte cuvinte, piticii albi care au raze de 100 de ori mai mici decât raza discului solar au o masă egală cu masa Soarelui sau chiar cântăresc mai mult decât steaua noastră.
Acest lucru sugerează că densitatea piticului alb este de milioane de ori mai mare decât densitatea stelelor obișnuite care se află în secvența principală. De exemplu, densitatea stelei noastre este de 1,41 g / cm³, în timp ce densitatea piticelor albi poate atinge valori colosale de 105-110 g / cm3.
În absența propriilor surse de energie, astfel de obiecte se răcesc treptat, respectiv, au o temperatură scăzută. Pe suprafața piticilor albi sa înregistrat o temperatură cuprinsă în intervalul 5000-50000 grade Kelvin. Cu cât steaua este mai în vârstă, cu atât temperatura este mai mică.
De exemplu, vecinul celei mai strălucite stele din cer, Sirius A, piticul alb Sirius B, are o temperatură a suprafeței de doar 2100 de grade Kelvin. În interiorul acestui corp ceresc este mult mai fierbinte, aproape 10.000 ° K Sirius B a fost primul pitic alb descoperit de astronomi. Culoarea piticii albi descoperiti dupa Sirius B sa dovedit a fi la fel de alb ca motivul pentru care a dat acest nume acestei clase de stele.
Prin strălucirea luminii, Sirius A este de 22 de ori strălucirea Soarelui nostru, în timp ce sora lui Sirius B strălucește cu o lumină slabă, în mod evident inferioară în luminozitate față de vecinul său orbitos. A fost posibil să se detecteze prezența unui pitic alb datorită imaginilor lui Sirius realizate de telescopul Chandra cu raze X. Piticii albi nu au un spectru luminos pronunțat, astfel încât aceste stele sunt considerate a fi obiecte cosmice destul de reci. În razele infraroșii și în raze X, Sirius B strălucește mult mai strălucitor, continuând să emită cantități extraordinare de energie termică. Spre deosebire de stelele obișnuite, unde corona este sursa de unde de raze X, piticul alb este sursa radiației din fotosferă.
Aflat în afara secvenței principale în prevalența acestor stele nu sunt cele mai comune obiecte din univers. În galaxia noastră, ponderea albilor pitici reprezintă doar 3-10% din corpurile celeste. Pentru această parte a populației stelare a galaxiei noastre, incertitudinea estimării face ca radiația să fie slabă în regiunea polară vizibilă. Cu alte cuvinte, lumina piticilor albi nu poate depăși grupurile mari de gaz cosmic care alcătuiesc brațele galaxiei noastre.
Vedere științifică asupra istoriei apariției pitilor albi
Mai mult, în corpurile celeste, în locul surselor principale de energie termonucleară uscate, apare o nouă sursă de energie termonucleară, o reacție triplă de heliu sau un proces triplu alfa care asigură arderea heliului. Aceste ipoteze au fost confirmate pe deplin atunci când a devenit posibil să se observe comportamentul stelelor în domeniul infraroșu. Spectrul de lumină al unei stele obișnuite diferă semnificativ de imaginea pe care o vedem când privim giganții roșii și piticii albi. Pentru nucleele degenerate ale unor astfel de stele, există o limită de masă superioară, altfel corpul ceresc devine instabil din punct de vedere fizic și se poate produce colaps.
Este aproape imposibil să se explice o densitate atât de mare pe care o au piticii albi din punct de vedere al legilor fizice. Procesele în curs au devenit clare numai datorită mecanicii cuantice, ceea ce a făcut posibilă studierea stării gazului de electroni al materiei stelare. Spre deosebire de o stea obișnuită, unde un model standard este folosit pentru a studia starea unui gaz, în piticii albi, oamenii de știință se ocupă de presiunea unui gaz electron relativist degenerat. În termeni simpli, se observă următoarele: Cu o comprimare imensă de 100 sau mai multe ori, materia stelară devine ca un singur atom mare, în care toate legăturile și lanțurile atomice se îmbină împreună. În această stare, electronii formează un gaz de electroni degenerat, noua formare cuantică poate rezista forțelor gravitaționale. Acest gaz formează un nucleu dens lipsit de o cochilie.
Un studiu detaliat al piticilor albi folosind telescoapele radio și optica cu raze X a dovedit că aceste obiecte celeste nu sunt la fel de simple și plictisitoare cum ar părea la prima vedere. Având în vedere absența reacțiilor termonucleare în interiorul unor astfel de stele, se pune întrebarea involuntară - de unde provine presiunea enormă, care a reușit să echilibreze forțele de gravitație și forțele de atracție internă.
Ca urmare a cercetării fizicienilor din domeniul mecanicii cuantice, a fost creat un model pitic alb. Sub acțiunea forțelor gravitaționale, materia stelară este comprimată într-o măsură atât de mare încât nucleele electronilor atomilor sunt distruse, electronii își încep propria mișcare haotică, trecând de la o stare la alta. Nucleul atomilor în absența electronilor formează un sistem, formând o legătură puternică și stabilă între ele. Există atât de mulți electroni în materie stelară încât se formează multe stări, respectiv viteza electronilor este păstrată. Viteza mare a particulelor elementare creează o presiune internă extraordinară a unui gaz degenerat de electroni, capabil să reziste forțelor gravitaționale.
Când au devenit cunoscuți piticii albi?
În ciuda faptului că primul pitic alb, descoperit de astrofiziciști, este considerat a fi Sirius B, există susținători ai unei versiuni a unei cunoașteri anterioare a comunității științifice cu obiecte stelare ale acestei clase. Încă din anul 1785, astronomul Herschel a inclus pentru prima dată în catalogul stele un sistem triplu stele în constelația lui Eridanus, împărțind toate stelele separat. Doar 125 de ani mai târziu, astronomii au identificat luminozitatea anormal de scăzută a 40 Eridane B la o temperatură ridicată a culorii, motiv pentru care aceste obiecte s-au separat într-o clasă separată.
Obiectul a avut o magnitudine slabă, care corespunde unei mărimi de + 9,52 m. Pitiful alb avea o masă de ½ soare și avea un diametru mai mic decât cel al pământului. Acești parametri au contrazis teoria structurii interne a stelelor, unde luminozitatea, raza și temperatura suprafeței stelei au fost parametrii cheie pentru determinarea clasei unei stele. Diametrul mic, luminozitatea scăzută din punct de vedere al proceselor fizice nu corespunde temperaturii ridicate a culorii. Această discrepanță a cauzat multe întrebări.
În mod asemănător, situația arăta ca și cu un alt pitic alb - Sirus B. Ca un companion al celei mai stralucitoare stele, piticul alb are dimensiuni mici și o densitate imensă de materie stelară - 106 g / cm3. Pentru comparație, cantitatea de substanță a acestui corp ceresc, cu o cutie de box, va cântări peste un milion de tone pe planeta noastră. Temperatura acestui pitic este de 2,5 ori mai mare decât steaua principală a sistemului Sirius.
Constatări științifice recente
Corpurile celeste cu care ne ocupăm sunt un teren natural, de testare naturală, datorită căruia o persoană poate studia structura stelelor, etapele evoluției lor. Dacă nașterea stelelor poate fi explicată prin legi fizice care acționează în același mod în orice situație, atunci evoluția stelelor este reprezentată de procese complet diferite. Explicația științifică a multora dintre ele intră în categoria mecanicii cuantice, știința particulelor elementare.
Piticii albi in aceasta lumina arata cele mai misterioase obiecte:
- Mai întâi de toate, procesul de degenerare a nucleului stelei pare foarte curios, ca urmare a faptului că materia stelară nu se aruncă în spațiu, ci, dimpotrivă, se micsorează la dimensiuni inimaginabile;
- În al doilea rând, în absența reacțiilor termonucleare, piticii albi rămân obiecte destul de calde;
- În al treilea rând, aceste stele, având o temperatură ridicată a culorii, au o luminozitate scăzută.
Oamenii de știință din toate benzile, astrofiziciștii, fizicienii și oamenii de știință nucleari trebuie să răspundă la aceste întrebări și la multe alte întrebări, ceea ce ne va permite să anticipăm soarta propriului nostru luminator. Soarele așteaptă soarta unui pitic alb, dar rămâne îndoielnic dacă o persoană poate privi soarele în acest rol.
