Valged kääbustähed, nende erinevad vormid ja väärtus teadusele

Ärge hinnake valget kääpi selle suuruse järgi

Kui meie Päike vananeb ja selle suurus väheneb, moodustab see väikese valge kääbustähe, päikesetaoliste tähtede lõppjärgu. Ära hinda valget kääbustähte selle suuruse järgi!

# 1: valged kääbustähed on Maa suurused, kuid neil on Päikese mass

Üks esimesi leitud valgeid kääbuseid, Sirius B, on vaid Maa suurus, muutes selle tähe jaoks üsna väikeseks.

Valge kääbustäht Sirius B Maaga võrreldes. Allikas: ESA

Ja ometi õnnestub sellel umbes sama mass masseda kui meie Päikesel, muutes selle palju tihedamaks. Sirius B võimas gravitatsiooniväli on 350 000 korda suurem kui Maa oma, see tähendab, et 68 kg kaaluv inimene kaaluks selle pinnal 25 miljonit kg!

Teadusringkonnad pidasid sajand tagasi sellist suurt tihedust võimatuks, parafraseerides neid ilusti Arthur Eddingtoni poolt pärast sellise valge kääbuse avastamist:

Tähtede kohta õpime, saades ja tõlgendades sõnumeid, mida nende valgus meile edastab. Dekodeeritud Siriuse kaaslase sõnum jooksis: „Ma olen koosneb 3000 korda tihedamast materjalist kui kõik, mida te kunagi kohanud olete; tonn minu materjalist oleks väike nunnu, mille saaksite mängukasti panna. ” Millise vastuse saab sellisele sõnumile anda? Vastus, mille enamik meist 1914. aastal esitas, oli järgmine: “Ole vait. Ära räägi jama. ”

# 2: mida massiivsem on valge kääbus, seda väiksem on selle suurus!

Pärast punast hiiglaslikku etappi ja kõigi väliste gaasikihtide eraldumist pole päikesesarnaste tähtede jääksüdamik võimeline sulatama ainet valguse ja energia eraldamiseks. Niisiis võtab gravitatsioon üle ja krampib sellistes tähtedes elektronid, et saada suur tihedus, milleks nad on teada. Rohkem raskust suurema massi tõttu, seda rohkem muljumist.

Hubble'i kosmoseteleskoobi poolt pildistatud valged kääbustähed. Allikas: Vikipeedia

Valge kääbuse veelgi tihendamiseks gravitatsiooni korral peavad see sundima kõiki elektrone hõivama kõik saadaolevad ruumid (energiaseisundid). Peale selle ei võimalda kvantmehaanika enam tähe tihendamist gravitatsioonil: Pauli välistamispõhimõte ütleb, et ükski elektron ei saa sama energiaseisundit hõivata. See valge kääbuse purustamiseks mõeldud raskusjõu ülempiir annab maksimaalse massi, mis tal võib olla - Chandrasekhari piirmäära. Kõige massiivsem valge kääbustäht on seega väikseim ümber.

# 3: valged kääbused võivad tegelikult minna supernoovasse!

Valgeid kääbustähti leidub mõnikord lähedastes binaarsüsteemides, kus teine ​​täht on vähem massiivne kui meie Päike. Nende tähtede läheduse ja valge kääbuse kõrge gravitatsioonilise tõmbe tõttu tõmbab see kaaslaselt ainet!

Valge kääbustäht, mis tõmbab kaaslase tähelt asja ja moodustab akretsioonketta. Allikas: Vikipeedia

Aine moodustab valge kääbuse ümber akretsioonketta (tänu nurkkiiruse säilimisele) ja hakkab sellele tohutul hulgal energiat kukkuma. Sisse langev aine suurendab valge kääbu tihedust. Kui tihedus ületab valge kääbu stabiilsuse maksimaalse piiri (nagu eespool arutatud), põhjustab see süsiniku termotuumasünteesi detonatsiooni, mille tagajärjel kogu täht läheb supernoovasse ja hävitab kogu tähe mõne sekundiga.

# 4: valged kääbused võivad olla ka pulsaarid!

Valge kääbustähe AR Sco elektromagnetiline väli on 100 miljonit korda võimsam kui Maa oma ja see pöörleb enda ümber kõigest 2 minutiga. Selline võimas magnetväli tekitab intensiivseid tuletorni taolisi kiirguskiirte ja osakesi, mis tulistavad kaaslase punast kääbustähte, et tekitada selles tohutut elektrivoolu.

Sellist suure polariseeritud kiirguse emissiooni, mida kontrollib tähe magnetväli, nähti kunagi varem neutronitähtedes. Selliseid tähti kutsutakse pulsarsideks ja nüüd on ka valgetel kääbustel väide sellele kuulsusele.

# 5: valged kääbused kui gravitatsioonilainete ere allikas

1600 valgusaasta kaugusel on kaks tihedat valget kääpi lukustatud spiraaltantsu ümber, iga orbiit kestab vaid 5 minutit. Need varisevad lõpuks kokku ja moodustavad veelgi tihedama neutronitähe, kuna orbiit laguneb pidevalt tänu üldrelatiivsusteadustele. See vabastab gravitatsioonilained, nagu siin on kujutatud:

Valged kääbustähed binaarsüsteemis RX J0806.3 + 1527 ja nende lõplik saatus. Allikas: NASA

Eeldatavasti on see süsteem inimestele teadaolevalt üks eredamaid gravitatsioonilainete allikaid ja on peagi algava gravitatsioonilaine kosmosevaatluskeskuse LISA peamine sihtmärk.

# 6: Universumi vanuse määramiseks saab kasutada valgeid kääbuseid

Ehkki valged kääbused ei sulandu soojuse ja valguse tekkesse, tähendab nende väike pindala, et nad jahutavad väga aeglaselt, jäädes pikaks ajaks kuumaks. Mida jahedamaks valge kääbustäht saab, seda rohkem aega kulub jahtumiseks nagu tass kohvi. Kuna Universum on endiselt üsna noor, on kõik teadaolevad valged kääbused endiselt üsna kuumad ja säravad valgeks. Läheb miljardeid aastaid, kuni valge kääbus läheb tuhmiks punaseks ja hakkab surema.

Kuna jahutamine toimub ajaga aeglasemalt ja aeglasemalt, võtab valge kääbus surnud mustaks kääbuseks triljonid aastaid. Vaadates seal olevate vanimate valgete kääbuste jahutamise etappi, määrati universumi vanuse määramiseks Hubble'i kosmoseteleskoop. Tulemused olid kooskõlas muude hinnangutega 13–14 miljardit aastat.

Oh, ja valge kääbuse seismoloogilised vaatlused viitavad sellele, et nende tuumad on kristalliseerunud nagu teemandid.

Järeldus

Valged pöialpoisid on väga huvitavad ja võimaldavad teadlastel katsetada väga erinevaid füüsikaid.

Alates supernoovade tüübi uurimisest kuni Universumi vanuse määramiseni kuni tulevase gravitatsioonilise laine vaatluskeskuseni on valged kääbused ainulaadse teadusliku väärtusega.

PS: Tegin binaarses tähesüsteemis valge kääbustähe astrofüüsika uurimisprojekti, uurides selle röntgenikiirguse pulsatsioone. Süsteem on põnev! : D