Белые карлики

Белый карлик это…

Белый карлик — тип звезды, сравнимой по величине с Землей, но, по массе соизмеримой с Солнцем. В следствии чего, плотность ее необычайно велика и превышает плотность любого земного вещества. Поэтому нормальная атомная структура совершенно разрушена, и электроны с ядрами плотно упакованы. Масса белого карлика не превышает 1,4 масс Солнца (предел Чандрасекара). Белый карлик по размерам равный нашей планете, но масса такой звезды в 100 000 раз больше массы нашей Земли.

При больших массах гравитационная сила превысит давление электронов, и произойдет коллапс звезды под собственной тяжестью, отчего возникает нейтронная звезда или черная дыра. У белых карликов низкая яркость, они постепенно остывают, становятся холодными, темными объектами. Они представляют из себя заключительную стадию эволюции звезды с малой массой, после того, как звезда лишается наружного слоя. Число таких звезд в Галактике Млечный путь составляет от 3 до 10 % и значительная их часть входит в состав двойных звезд.


Происхождение белых карликов

Если звезда довольно массивная, стадия красного гиганта завершается колоссальным взрывом, во время которого звезда может ненадолго сверкнуть светом, который во много миллиардов раз более яркий, чем свет обычных звезд, короткой вспышкой, равной свету целой галактики невзрывающихся звезд. Это так называемая «сверхновая». В процессе такого взрыва до 95 % вещества звезды может вырваться в открытый космос. Остальное будет сжиматься.

Что же может произойти со сжимающейся звездой, которая не взрывается, или с той частью взорвавшейся звезды, которая осталась и сжимается? Если это не большая звезда, которая так и не нагреется в процессе сжатия достаточно для того, чтобы взорваться, она будет сжиматься до тех пор, пока не достигнет планетарного размера, при этом сохраняя всю или почти всю первоначальную массу. Ее раскаленная добела, ярко сверкающая поверхность окажется в значительной степени горячей, чем поверхность нашего Солнца. Однако на большом расстоянии очертания такой звезды будут неотчетливые, потому как свет излучается очень маленькой поверхностью и в целом не достигает достаточного количества. Такая звезда называется «белым карликом».

Белые карлики-11

Почему белый карлик светится?

Термоядерные реакции в этом случае исключаются. Внутри белого карлика нет водорода, который поддерживал бы этот механизм генерации энергии.

Единственный вид энергии, которая имеется у белого карлика, — это тепловая энергия. Ядра атомов пребывают в беспорядочном движении, так как они рассеиваются вырожденным электронным газом. Постепенно движение ядер становится медленнее, что эквивалентно процессу охлаждения. Электронный газ, который не похож не на один из известных на нашей планете газов, отличается исключительной теплопроводностью, и электроны проводят тепловую энергию к поверхности, где через атмосферу эта энергия излучается в космос.

Белые карлики-1

Эволюция белых карликов

В большинстве своем белые карлики являются одним из завершающих этапов эволюции нормальных, не слишком массивных звезд. Звезда, которая исчерпала запасы ядерного горючего, переходит в стадию красного гиганта, теряя часть вещества, превращается в белого карлика. Причем наружная оболочка — нагретый газ — разлетается в космосе и с Земли ее можно наблюдать как туманность. За сотни тысяч лет такого рода туманности рассеиваются в пространстве, а их плотные ядра, белые карлики, со временем остывают как раскаленный кусок металла, очень медленно, потому как его поверхность мала. С течением времени они должны превратиться в коричневые (черные) карлики — сгустки материи с температурой окружающей среды. Правда, согласно расчетам, на это может уйти множество миллиардов лет.

Вероятно, что открытие коричневых карликов затрудняется их слабым свечением. Один из коричневых карликов расположен в созвездии Гидры. Уникальность открытия заключается в том, что раньше найденные коричневые карлики входили в двойные системы, именно потому их и могли обнаружить, а этот — одиночный. Его удалось отыскать лишь благодаря близости к Земле: до него всего 33 световых года.

Предположительно, нынешние коричневые карлики — это не остывшие белые (очень мало времени прошло), а «недоразвившиеся» звезды. Как известно, звезды зарождаются из газопылевого облака, при этом одно облако порождает несколько звезд различной массы. Если сжимающийся сгусток газа имеет массу в 10-100 раз меньше солнечной, образуются коричневые карлики. Они весьма сильно разогреваются силами гравитационного сжатия и излучают в инфракрасном диапазоне. Ядерных реакций в коричневых карликах нет.

Белые карлики-2

История открытия белых карликов

Белых карликов во Вселенной много. Одно время их считали редкостью, однако внимательное изучение фотопластинок, полученных в обсерватории Маунт-Паломар (Америка), показывает, что их количество превышает 1500. Получилось оценить пространственную плотность белых карликов: как оказалось, в сфере с радиусом в 30 световых лет должно находиться около 100 таких звезд.

Первый открытый белый карлик — звезда 40 Эридана B в тройной системе 40 Эридана, которая еще в 1785 г. Уильямом Гершелем была включена в каталог двойных звезд. 1910 год — Генри Норрис Расселл обратил внимание на аномально низкую светимость 40 Эридана B при ее высокой цветовой температуре, что со временем и послужило выделению такого рода звезд в отдельный класс белых карликов.

Второй и третий открытый белый карлик — Сириус B и Процион B. Фридрих Вильгельм Бессель, наблюдая за движением наиболее яркой звезды Сириус, открыл, что ее путь является не прямой линией, а имеет волнообразный характер. Собственное движение звезды проходило не по прямой линии; казалось, что она еле заметно смещается из стороны в сторону. К 1844 году, примерно через 10 лет после первых наблюдений Сириуса, Бессель пришел к выводу, что рядом с Сириусом находится вторая звезда, которая, будучи невидимой, оказывает на Сириус гравитационное воздействие; оно обнаруживается по колебаниям в движении Сириуса. Еще более любопытным оказалось то обстоятельство, что если темный компонент в действительности существует, то период обращения обеих звезд относительно их общего центра тяжести равен примерно 50 лет.

Белые карлики-3

Белые карлики в двойных системах

Белые карлики входят и в состав двойных систем, звезды-компоненты которых сближены до такой степени, что обмениваются веществом. В таком случае массивный плотный карлик станет перетягивать на себя вещество «напарника».

Водород, который попал от соседской звезды на горячую поверхность карлика, разогревается до температуры, при которой начинается термоядерный синтез. Тогда можно наблюдать вспышку, называемую новой звездой.

Если же при попадании водорода на карлик его масса превысит предел Чандрасекара, произойдет коллапс, сопровождающийся взрывом сверхновой типа Ia. Наблюдение за такими сверхновыми в далеких галактиках представляет большой интерес, потому как по яркости вспышек, имеющих одинаковые характеристики, устанавливается расстояние до галактик.

Сжаться до белого карлика

В белом карлике атомы расщеплены, и электроны, которые уже не образуют оболочек вокруг центральных атомных ядер, являются своего рода «электронным газом», способным сжаться лишь до определенного уровня. Он сохраняет вещество звезды расширенным по крайней мере до планетарного объема и способен сохранять этот объем неопределенное время.

Белые карлики довольно медленно охлаждаются и заканчивают свою жизнь слишком холодными для того, чтобы излучать свет, они становятся «черными карликами».

Сжимаясь до белого карлика, звезда может, если она не очень маленькая, расстаться с внешними слоями своего красного гиганта умеренным взрывом при незначительном сжатии, теряя так пятую часть своей общей массы. Наблюдаемый с расстояния, такой белый карлик представляется окруженным светящимся туманом, словно кольцом дыма. Такой объект называют «планетарной туманностью», в небе их наблюдается несколько. Постепенно газовое облако расходится во всех направлениях, становится расплывчатым и растворяется в разреженной материи космоса.

Белые карлики-5

Когда звезда довольно массивная, чтобы сильно взорваться в ходе сжатия, ее остаток, который продолжает сжиматься, может быть все еще слишком массивным (не смотря на потерю значительной массы), чтобы сразу превратиться в белого карлика. Чем массивней сжимающийся остаток, тем плотней сжимается самим собой электронный газ и тем меньше белый карлик.

Наконец, если есть достаточная масса, электронный газ может не выдерживать своего же давления. Электроны в таком случае вжимаются в протоны, присутствующие в ядрах, которые блуждают в электронном газе, и образуются нейтроны. Они добавляются к нейтронам, уже существующим в ядрах, и тогда звезда состоит в большинстве своем из нейтронов. Звезда сжимается, пока нейтроны не придут в контакт. В результате получается «нейтронная звезда», которая величиной всего с астероид примерно 10-20 километров в поперечнике, но сохраняет массу полноразмерной звезды.

Если сжимающийся остаток звезды еще более массивен, даже нейтроны не способны выдерживать силу гравитации. Они будут разрушены, а остаток сожмется в черную дыру.

Виды белых карликов

Спектрально их разделяют на два вида. Излучение белого карлика делят на наиболее распространенный «водородный» спектральный класс DA (до 80% от общего количества), в котором нет спектральных линий гелия, и более редкостный «гелиевый белый карлик» тип DB, в спектрах звезд которого нет водородных линий.

Астроном Ико Ибен (США) предложил разные сценарии их происхождения: потому что горение гелия в красных гигантах неустойчивое, периодично развивается слоевая гелиевая вспышка. Он удачно предположил механизм сброса оболочки в различные стадии развития гелиевой вспышки – на ее пике и в периоды между двумя вспышками. Образование его зависит от механизма сброса оболочки соответственно.

 

 

;

 


 

ред. shtorm777.ru