Белые карлики – любопытные объекты. Они маленькие и не очень массивные (отсюда и «карликовая» часть их имен) и излучают в основном белый свет. Астрономы также называют их «вырожденными карликами», потому что на самом деле они являются остатками звездных ядер, содержащих очень плотную «вырожденную» материю.
Многие звезды превращаться в белых карликов как часть их «старости». Большинство из них начиналось как звезды, похожие на наше Солнце. Кажется довольно странным, что наше Солнце каким-то образом превратится в причудливую уменьшающуюся мини-звезду, но это произойдет через миллиарды лет. Астрономы видели эти странные маленькие объекты по всей галактике. Они даже знают, что с ними будет, когда они остынут: они станут черными карликами.
Жизнь звезд
Чтобы понять белые карлики и то, как они образуются, важно знать жизненные циклы звезд. Общая история довольно проста. Эти гигантские бурлящие шары из перегретых газов образуются в газовых облаках и сияют за счет энергии ядерного синтеза. Они меняются на протяжении жизни, проходя разные и очень интересные этапы. Они проводят большую часть своей жизни, превращая водород в гелий и производя тепло и свет. Астрономы наносят эти звезды на диаграмму, называемую главной последовательностью, которая показывает, в какой фазе они находятся в своей эволюции.
Когда звезды достигают определенного возраста, они переходят в новые фазы существования. В конце концов, они каким-то образом умирают и оставляют после себя захватывающие свидетельства о себе. Есть некоторые действительно экзотические объекты, в которые эволюционируют действительно массивные звезды, такие как черные дыры и нейтронные звезды. Другие заканчивают свою жизнь как объект другого типа, называемый белым карликом.
Создание белого карлика
Как звезда стать белым карликом? Его эволюционный путь зависит от его массы. Звезда большой массы – звезда, масса которой в восемь или более раз превышает массу Солнца в то время, когда она находится на главной последовательности, – взорвется как сверхновая и создаст нейтронную звезду или черную дыру. Наше Солнце не является массивной звездой, поэтому оно и звезды, очень похожие на него, становятся белыми карликами, в том числе Солнце, звезды с меньшей массой, чем Солнце, и другие звезды, которые находятся где-то между массой Солнца и массой Солнца. сверхгиганты.
Звезды с малой массой (те, которые имеют примерно половину массы Солнца) настолько легкие, что их внутренняя температура никогда не становится достаточно высокой, чтобы сплавить гелий в углерод и кислород (следующий шаг после синтеза водорода). Как только водородное топливо маломассивной звезды заканчивается, ее ядро не может противостоять весу слоев над ней, и все это коллапсирует внутрь.. То, что осталось от звезды, затем сожмется в гелиевый белый карлик – объект, состоящий в основном из ядер гелия-4
Как долго любая звезда выживает, прямо пропорционально его масса. Звездам с малой массой, которые становятся гелиевыми белыми карликами, потребуется больше времени, чем возраст Вселенной, чтобы достичь своего конечного состояния. Остывают очень и очень медленно. Поэтому никто не видел, чтобы кто-то действительно полностью остыл, а эти странные звезды довольно редки. Это не значит, что их не существует. Есть некоторые кандидаты, но они обычно появляются в двоичных системах, предполагая, что некоторая потеря массы ответственна за их создание или, по крайней мере, за ускорение процесса.
Солнце станет белым карликом
Мы видим много других белых карликов, которые начали свою жизнь как звезды больше похожи на Солнце. Эти белые карлики, также известные как вырожденные карлики, являются конечными точками звезд с массами главной последовательности от 0,5 до 8 масс Солнца. Как и наше Солнце, эти звезды проводят большую часть своей жизни, превращая водород в гелий в своих ядрах.
Когда у них заканчивается водородное топливо, ядра сжимаются, и звезда расширяется, превращаясь в красного гиганта. Он нагревает ядро до тех пор, пока гелий не плавится, образуя углерод. Когда гелий заканчивается, углерод начинает плавиться, образуя более тяжелые элементы. Технический термин для этого процесса – «процесс тройного альфа»: два ядра гелия сливаются с образованием бериллия, за которым следует слияние дополнительного гелия, создающего углерод.)
Как только весь гелий в ядре будет сплавлен, ядро снова сожмется. Однако внутренняя температура не станет достаточно высокой для плавления углерода или кислорода. Вместо этого она «застывает», и звезда входит во вторую фазу красного гиганта. В конце концов, внешние слои звезды мягко сдуваются и образуют планетарную туманность. Остается углеродно-кислородное ядро, сердце белого карлика. Весьма вероятно, что наше Солнце начнет этот процесс через несколько миллиардов лет.
Смерть белых карликов: создание черных карликов
Когда белый карлик перестает вырабатывать энергию с помощью ядерного синтеза, технически это уже не звезда. Это звездный остаток. По-прежнему жарко, но не из-за активности в ядре. Думайте о последних этапах жизни белого карлика как о тлеющих углях огня. Со временем он остынет и, в конце концов, станет настолько холодным, что превратится в холодный мертвый тлеющий уголь, который некоторые называют «черным карликом». Ни один из известных белых карликов еще не зашел так далеко. Это потому, что для того, чтобы этот процесс произошел, требуются миллиарды и миллиарды лет.. Поскольку Вселенной всего около 14 миллиардов лет, даже первые белые карлики не успели полностью остыть и превратиться в черных карликов.
Ключевые выводы
- Все звезды стареют и в конечном итоге перестают существовать.
- Очень массивные звезды взрываются как сверхновые и оставляют после себя нейтронные звезды и черные дыры.
- Звезды, подобные Солнцу, эволюционируют и превращаются в белых карликов.
- Белый карлик. является остатком звездного ядра, потерявшего все свои внешние слои.
- Ни один белый карлик не охладился полностью за всю историю Вселенной.
Источники
- НАСА , НАСА, imag.gsfc.nasa.gov/ science/objects/dwarfs1.html.
- «Звездная эволюция», www.aavso.org/stellar-evolution.
- «Белый карлик | КОСМОС.” Центр астрофизики и суперкомпьютеров , astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white dwarf.
Под редакцией Кэролайн Коллинз Петерсен.
