Mitä ovat valkoiset kääpiötähdet? | Tähtitiede

Valkoiset kääpiöt ovat kauan kuolleiden tähtien kuumia, tiheitä jäännöksiä. Ne ovat tähtien ytimiä, jotka jäävät jälkeen, kun tähti on käyttänyt polttoaineensa ja puhaltanut suurimman osan kaasusta ja pölystä avaruuteen. Nämä eksoottiset esineet merkitsevät evoluution viimeistä vaihetta suurimmalle osalle maailmankaikkeuden tähtiä – mukaan lukien aurinko – ja valaisevat tietä syvemmälle kosmisen historian ymmärtämiselle.

Yksi valkoinen kääpiö sisältää suunnilleen aurinkomme massan volyymissa, joka ei ole suurempi kuin planeettamme. Niiden pieni koko tekee valkoisten kääpiöiden löytämisestä vaikeaa. Valkoisia kääpiöitä ei voi nähdä avomattomalla silmällä.

Heidän synnyttämänsä valonsa syntyy hitaasta, tasaisesta energian varastoitumisesta varastoituna miljardien vuosien ajan ydinvoimalana.

Valkoiset kääpiöt syntyvät, kun tähti sammuu. Tähti viettää suurimman osan elämästään epävarmassa tasapainossa painovoiman ja ulkoisen kaasupaineen välillä. Parin oktillionitonnin kaasun paino, joka painaa tähtiydintä, ajaa tiheydet ja lämpötilat riittävän korkeiksi sytyttämään ydinfuusion: vetyydinten sulautuminen yhteen heliumin muodostamiseksi. Lämpöydinvoiman tasainen vapautuminen estää tähtiä romahtamasta itseensä.

Kun tähdestä loppuu vety keskeltä, tähti siirtyy heliumin sulattamiseksi hiileksi ja hapeksi. Vetyfuusio siirtyy ytimeen ympäröivään kuoreen. Tähti paisuu ja siitä tulee punainen jättiläinen. Useimmille tähdille – aurinkomme mukaan lukien – tämä on lopun alku. Kun tähti laajenee ja tähtien tuulet puhaltavat yhä raivokkaammalla nopeudella, tähden ulkokerrokset paeta armottomasta painovoimasta.

Kun punainen jättiläinen tähti haihtuu, se jättää ytimensä taakse. Altistunut ydin on vasta syntynyt valkoinen kääpiö.

Valkoinen kääpiö koostuu eksoottisesta heliumin, hiilen ja hapen ytimistä, jotka uivat erittäin energisten elektronien meressä. Elektronien yhdistetty paine ylläpitää valkoista kääpiötä estäen edelleen romahtamisen kohti vieläkin muukalaisempaa kokonaisuutta, kuten neutronitähtiä tai mustaa aukkoa.

Pikkulapsen valkoinen kääpiö on uskomattoman kuuma ja kylpee ympäröivän tilan hehkuisena ultraviolettivaloa ja röntgensäteitä. Osa tästä säteilystä pysäyttää kaasun ulosvirtaukset, jotka ovat poistuneet kuolleen tähden rajoista. Kaasu reagoi fluoresoimalla värisateella, jota kutsutaan planeettasumuksi. Nämä sumut – kuten rengassumu Lyra Harpun tähdistössä – antavat meille kurkistuksen aurinkomme tulevaisuuteen.

Valkoisella kääpiöllä on nyt pitkä, hiljainen tulevaisuus. Kun loukkuun jäänyt lämpö tippuu ulos, se jäähtyy ja himmenee hitaasti. Lopulta siitä tulee inertti hiili- ja happikoppa, joka kelluu näkymättömästi avaruudessa: musta kääpiö. Mutta maailmankaikkeus ei ole tarpeeksi vanha, jotta yhtään mustaa kääpiötä olisi muodostunut. Ensimmäiset tähtien ensimmäisissä sukupolvissa syntyneet valkoiset kääpiöt ovat edelleen, 14 miljardia vuotta myöhemmin, jäähtymässä. Tunnetuimmat valkoiset kääpiöt, joiden lämpötila on noin 4000 celsiusastetta (7000 astetta Fahrenheit-astetta), voivat olla myös joitain kosmoksen vanhimpia pyhäinjäännöksiä.

Mutta kaikki valkoiset kääpiöt eivät mene hiljaa yöhön. Muita tähtiä kiertävät valkoiset kääpiöt johtavat erittäin räjähtäviin ilmiöihin. Valkoinen kääpiö aloittaa asiat imemällä kaasua pois seuralaiseltaan. Vety siirretään kaasumaisen sillan yli ja vuotaa valkoisen kääpiön pinnalle. Vedyn kertyessä sen lämpötila ja tiheys saavuttavat leimahduspisteen, jossa uuden hankitun polttoaineen koko kuori sulaa voimakkaasti ja vapauttaa valtavan määrän energiaa. Tämä nova-niminen salama saa valkoisen kääpiön hetkeksi soimaan 50 000 auringon loistolla ja sitten hitaasti takaisin hämäräksi.

Jos kaasu kerääntyy riittävän nopeasti, se voi kuitenkin työntää koko valkoisen kääpiön kriittisen pisteen ohi. Ohut fuusiokuoren sijaan koko tähti voi yhtäkkiä herätä eloon. Sääntelemätön väkivaltainen energian vapautuminen räjäyttää valkoisen kääpiön.Koko tähtiydin häviää yhdessä maailmankaikkeuden energisimmistä tapahtumista: tyypin 1a supernovassa. Yhdessä sekunnissa valkoinen kääpiö vapauttaa yhtä paljon energiaa kuin aurinko koko 10 miljardin vuoden elinaikanaan. Viikkojen tai kuukausien ajan se voi jopa peittää kokonaisen galaksin.

Tällainen kirkkaus tekee tyypin 1a supernovista näkyvän kaikkialta maailmasta. Tähtitieteilijät käyttävät niitä ”tavallisina kynttilöinä” mitatessaan etäisyyksiä kosmoksen kaukaisimpiin alueisiin. Havainnot räjähtävistä valkoisista kääpiöistä kaukaisissa galakseissa johtivat havaintoon, joka tasoitti vuoden 2011 fysiikan Nobel-palkintoa: maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy. Kuolleet tähdet ovat puhaltaneet elämän perustavanlaatuisiin olettamuksiimme ajan ja avaruuden luonteesta.

Valkoisia kääpiöitä – tähtiä jäljellä olevat ytimet polttoaineen loppumisen jälkeen – sirotellaan kaikkialle galaksille. Kuten tähtien hautausmaa, ne ovat melkein jokaisen eläneen ja kuolleen tähden hautakiviä. Kun tähtiuunien paikat, joihin uusia atomeja taottiin, on muinaiset tähdet muutettu tähtitieteilijän työkaluksi, joka on edistänyt ymmärrystämme maailmankaikkeuden kehityksestä.

Bottom line: Valkoiset kääpiöt ovat kuolleiden tähtien jäänteitä. Ne ovat tiheitä tähtisydämiä, jotka jäävät jälkeen, kun tähti on tyhjentänyt polttoaineensa ja puhaltanut kaasunsa avaruuteen.