Co to są białe karły? | Astronomy Essentials
Zobacz większy. | Mgławica Pierścień (M57) w konstelacji Liry przedstawia ostatnie stadia rozwoju gwiazdy takiej jak nasze Słońce. Biała kropka w środku tej mgławicy to biały karzeł; zapala oddalający się obłok gazu, który kiedyś tworzył gwiazdę. Kolory identyfikują różne pierwiastki, takie jak wodór, hel i tlen. Zdjęcie za pośrednictwem The Hubble Heritage Team (AURA / STScI / NASA).
Białe karły to gorące, gęste pozostałości dawno martwych gwiazd. Są to gwiezdne rdzenie, które pozostały po tym, jak gwiazda wyczerpała swój zapas paliwa i wyrzuciła w kosmos większość gazu i pyłu. Te egzotyczne obiekty wyznaczają ostatni etap ewolucji większości gwiazd we wszechświecie – w tym naszego Słońca – i oświetlają drogę do głębszego zrozumienia historii kosmosu.
Pojedynczy biały karzeł zawiera mniej więcej masę naszego Słońca w objętości nie większej niż nasza planeta. Ich mały rozmiar sprawia, że trudno jest znaleźć białe karły. Żadnych białych karłów nie można zobaczyć gołym okiem.
Światło, które generują, pochodzi z powolnego, równomiernego uwalniania ogromnych ilości energii zgromadzonej po miliardach lat spędzonych jako jądrowa elektrownia gwiazdy.
Białe karły rodzą się, gdy gaśnie gwiazda. Gwiazda spędza większość swojego życia w niepewnej równowadze między grawitacją a ciśnieniem gazu na zewnątrz. Ciężar kilku oktylionów ton gazu dociskającego rdzeń gwiazdy powoduje gęstość i temperaturę na tyle wysoką, aby wywołać fuzję jądrową: łączenie się jąder wodoru w hel. Stałe uwalnianie energii termojądrowej zapobiega zapadaniu się gwiazdy.
Gdy w centrum gwiazdy wyczerpie się wodór, przechodzi w fazę syntezy helu w węgiel i tlen. Fuzja wodoru przenosi się do powłoki otaczającej rdzeń. Gwiazda nadyma się i staje się czerwonym olbrzymem. Dla większości gwiazd – w tym naszego Słońca – to początek końca. W miarę jak gwiazda rozszerza się, a wiatry gwiezdne wieją z coraz większą zaciekłością, zewnętrzne warstwy gwiazdy wymykają się nieustannemu przyciąganiu grawitacji.
Gdy czerwony olbrzym wyparowuje, pozostawia za sobą jądro. Odsłonięty rdzeń to nowo narodzony biały karzeł.
Zdjęcie najjaśniejszej gwiazdy nieba z Teleskopu Kosmicznego Hubblea Syriusz (w środku) i jego słaby biały towarzysz, Syriusz B (na dole po lewej). Zdjęcie z NASA / ESA / H. Bond (STScI) / M. Barstow (University of Leicester).
Biały karzeł składa się z egzotycznego gulaszu z pływających jąder helu, węgla i tlenu w morzu wysokoenergetycznych elektronów. Połączone ciśnienie elektronów utrzymuje białego karła, zapobiegając dalszemu zapadaniu się w kierunku jeszcze dziwniejszej istoty, takiej jak gwiazda neutronowa lub czarna dziura.
Niemowlęcy biały karzeł jest niesamowicie gorący i kąpie otaczającą przestrzeń blaskiem światła ultrafioletowego i promieni rentgenowskich. Część tego promieniowania jest przechwytywana przez wypływy gazu, które opuściły granice martwej gwiazdy. Gaz reaguje fluorescencją z tęczą kolorów zwaną mgławicą planetarną. Te mgławice – jak Mgławica Pierścień w konstelacji Harfy Lyry – dają nam wgląd w przyszłość naszego Słońca.
Biały karzeł ma teraz przed sobą długą i spokojną przyszłość. Gdy uwięzione ciepło wypływa, powoli ochładza się i przygasa. W końcu stanie się obojętną bryłą węgla i tlenu unoszącą się w przestrzeni niewidocznie: czarnym karłem. Ale wszechświat nie jest wystarczająco stary, aby mogły się uformować jakiekolwiek czarne karły. Pierwsze białe karły urodzone w najwcześniejszych pokoleniach gwiazd nadal, 14 miliardów lat później, stygną. Najfajniejsze białe karły, jakie znamy, o temperaturze około 4000 stopni Celsjusza (7000 stopni Fahrenheita), mogą być również jednymi z najstarszych reliktów w kosmosie.
Ale nie wszystkie białe karły spokojnie wychodzą w noc. Białe karły krążące wokół innych gwiazd prowadzą do wysoce wybuchowych zjawisk. Biały karzeł zaczyna wszystko od wyssania gazu ze swojego towarzysza. Wodór jest przenoszony przez gazowy most i rozlewany na powierzchnię białego karła. W miarę jak wodór gromadzi się, jego temperatura i gęstość osiągają punkt zapłonu, w którym cała powłoka nowo pozyskanego paliwa gwałtownie się topi, uwalniając ogromne ilości energii. Ten błysk, zwany nową, powoduje, że biały karzeł na krótko rozbłyska blaskiem 50 000 słońc, a następnie powoli znika w mrok.
Artystyczna interpretacja białego karła wysysającego gaz z binarnego towarzysza na dysk materiału. Skradziony gaz wiruje przez dysk i ostatecznie rozbija się na powierzchni białego karła. Obraz przez STScI.
Jeśli jednak gaz zbierze się wystarczająco szybko, może przepchnąć całego białego karła poza punkt krytyczny. Zamiast cienkiej skorupy fuzji cała gwiazda może nagle powrócić do życia. Nieuregulowane, gwałtowne uwolnienie energii detonuje białego karła.Całe jądro gwiazdy zostaje zniszczone podczas jednego z najbardziej energetycznych wydarzeń we wszechświecie: supernowej typu 1a. W ciągu jednej sekundy biały karzeł uwalnia tyle energii, ile słońce przez całe 10 miliardów lat swojego życia. Przez tygodnie lub miesiące może nawet przyćmić całą galaktykę.
SN 1572 jest pozostałością po supernowa typu 1a znajdująca się 9 000 lat świetlnych od Ziemi, którą Tycho Brahe zaobserwował 430 lat temu. To złożone zdjęcie rentgenowskie i podczerwone przedstawia pozostałości tej eksplozji: rozszerzającą się powłokę gazu poruszającą się z prędkością około 9 000 km / sekundę (ponad 20 milionów mil / godzinę)! Zdjęcie z NASA / MPIA / Calar Alto Observatory / Oliver Krause i in.
Taka jasność sprawia, że supernowe typu 1a są widoczne z całego wszechświata. Astronomowie używają ich jako „standardowych świec” do mierzenia odległości do najdalszych zakątków kosmosu. Obserwacje detonujących białych karłów w odległych galaktykach doprowadziły do odkrycia, które przyniosło nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku: ekspansja wszechświata przyspiesza. Martwe gwiazdy tchnęło życie w nasze najbardziej fundamentalne założenia dotyczące natury czasu i przestrzeni.
Białe karły – rdzenie pozostawione po wyczerpaniu zapasu paliwa przez gwiazdę – są rozsypane po całej galaktyce. Jak gwiezdny cmentarz, są nagrobkami prawie każdej gwiazdy, która żyła i umarła. Kiedyś miejsca, w których powstały gwiezdne piece, w których wykuwano nowe atomy, te starożytne gwiazdy zostały ponownie wykorzystane jako narzędzie astronomów, które podniosło naszą wiedzę o ewolucji wszechświata.
Konkluzja: białe karły to pozostałości po martwych gwiazdach. Są to gęste rdzenie gwiazd pozostawione po tym, jak gwiazda wyczerpała swój zapas paliwa i wyrzuciła swoje gazy w kosmos.
Chris Crockett uzyskał stopień doktora. w astronomii z UCLA w 2011 roku i pracował w Lowell Observatory i U.S. Naval Observatory. Potem zdał sobie sprawę, że bardziej cieszy go rozmowa o astronomii niż robienie tego. Po otrzymaniu w 2013 r. Stypendium Mass Media Fellowship przez American Association for the Advancement of Science, spędził lato na pisaniu dla Scientific American, a następnie w latach 2014 – 2017 został pracownikiem naukowego autora astronomii w Science News. Obecnie jest niezależnym współpracownikiem. , koncentrując się na opowieściach o astronomii, planetologii i fizyce. Jego prace ukazały się w Science News, Scientific American, Smithsonian Magazine, Knowable, Sky & Telescope i internetowym magazynie Physics American Physical Society.