Pitica albă este o stea destul de comună în spațiul nostru. Oamenii de știință îl numesc rezultatul evoluției stelelor, stadiul final al dezvoltării. În total, există două scenarii pentru modificarea unui corp stelar, într-un caz etapa finală este o stea neutronică, în celăl alt o gaură neagră. Piticii sunt pasul evolutiv final. Au sisteme planetare în jurul lor. Oamenii de știință au putut determina acest lucru examinând specimene îmbogățite cu metal.
Context
Piticile albe sunt stele care au atras atenția astronomilor în 1919. Pentru prima dată, un astfel de corp ceresc a fost descoperit de un om de știință din Țările de Jos, Maanen. Pentru vremea lui, specialistul a făcut o descoperire destul de atipică și neașteptată. Piticul pe care l-a văzut arăta ca o stea, dar avea dimensiuni mici nestandardizate. Cu toate acestea, spectrul era ca și cum ar fi fost un corp ceresc masiv și mare.
Motivele unui fenomen atât de ciudat i-au atras pe oamenii de știință de ceva timp, așa că s-a depus mult efort pentru a studia structura piticelor albe. Descoperirea a fost făcută atunci când au exprimat și dovedit presupunerea abundenței diferitelor structuri metalice în atmosfera unui corp ceresc.
Este necesar să lămurim că metalele din astrofizică sunt tot felul de elemente, ale căror molecule sunt mai grele decât hidrogenul, heliul, iar compoziția lor chimică este mai progresivă decât acești doi compuși. Heliul, hidrogenul, așa cum au reușit să stabilească oamenii de știință, sunt mai răspândite în universul nostru decât orice alte substanțe. Pe baza acestui fapt, s-a decis să se desemneze orice altceva drept metale.
Dezvoltare teme
Deși piticele albe foarte diferite ca mărime față de Soare au fost văzute pentru prima dată în anii douăzeci, abia o jumătate de secol mai târziu oamenii au descoperit că prezența structurilor metalice în atmosfera stelară nu este un fenomen tipic. După cum s-a dovedit, atunci când sunt incluse în atmosferă, pe lângă cele mai comune două substanțe, cele mai grele, acestea sunt dislocate în straturile mai profunde. Substanțele grele, aflându-se printre moleculele de heliu, hidrogen, trebuie să se deplaseze în cele din urmă în miezul stelei.
Au existat mai multe motive pentru acest proces. Raza unei pitici albe este mică, astfel de corpuri stelare sunt foarte compacte - nu degeaba și-au primit numele. În medie, raza este comparabilă cu cea a pământului, în timp ce greutatea este similară cu greutatea unei stele care luminează sistemul nostru planetar. Acest raport dintre dimensiuni și greutate determină o accelerație excepțional de mare a suprafeței gravitaționale. În consecință, depunerea metalelor grele în atmosfera de hidrogen și heliu are loc la doar câteva zile pământene după ce molecula intră în masa totală gazoasă.
Funcții și durata
Uneori caracteristici ale piticilor albisunt de așa natură încât procesul de sedimentare a moleculelor de substanțe grele poate fi întârziat mult timp. Opțiunile cele mai favorabile, din punctul de vedere al unui observator de pe Pământ, sunt procese care durează milioane, zeci de milioane de ani. Cu toate acestea, astfel de intervale de timp sunt excepțional de scurte în comparație cu durata de viață a corpului stelar însuși.
Evoluția unei pitici albe este de așa natură încât majoritatea formațiunilor observate de om în acest moment au deja câteva sute de milioane de ani Pământeni. Dacă comparăm acest lucru cu cel mai lent proces de absorbție a metalelor de către nucleu, diferența este mai mult decât semnificativă. Prin urmare, detectarea metalului în atmosfera unei anumite stele observabile ne permite să concluzionam cu certitudine că corpul nu avea inițial o astfel de compoziție atmosferică, altfel toate incluziunile de metal ar fi dispărut cu mult timp în urmă.
Teorie și practică
Observațiile descrise mai sus, precum și informațiile culese de-a lungul multor decenii despre piticele albe, stele neutronice, găurile negre, au sugerat că atmosfera primește incluziuni metalice din surse externe. Oamenii de știință au decis mai întâi că acesta este mijlocul dintre stele. Un corp ceresc se deplasează printr-o astfel de materie, acumulează mediul pe suprafața sa, îmbogățind astfel atmosfera cu elemente grele. Dar observațiile ulterioare au arătat că o astfel de teorie este insuportabilă. După cum au precizat experții, dacă schimbarea atmosferei s-ar produce în acest fel, pitica ar primi în principal hidrogen din exterior, deoarece mediul dintre stele s-a format în mare parte din hidrogen șimolecule de heliu. Doar un mic procent din mediu este compuși grei.
Dacă teoria formată din observațiile primare ale piticelor albe, stelelor neutronice și găurilor negre s-ar justifica, piticii ar consta din hidrogen ca element cel mai ușor. Acest lucru nu ar permite existența chiar și a corpurilor cerești cu heliu, deoarece heliul este mai greu, ceea ce înseamnă că acumularea de hidrogen l-ar ascunde complet de ochiul unui observator extern. Pe baza prezenței piticilor cu heliu, oamenii de știință au ajuns la concluzia că mediul interstelar nu poate servi drept singura și chiar principala sursă de metale în atmosfera corpurilor stelare.
Cum să explic?
Oamenii de știință care au studiat găurile negre, piticele albe în anii 70 ai secolului trecut, au sugerat că incluziunile metalice pot fi explicate prin căderea cometelor pe suprafața unui corp ceresc. Adevărat, la un moment dat astfel de idei au fost considerate prea exotice și nu au primit sprijin. Acest lucru s-a datorat în mare parte faptului că oamenii nu știau încă despre prezența altor sisteme planetare - doar sistemul nostru solar „acasă” era cunoscut.
Un pas semnificativ înainte în studiul găurilor negre, piticele albe a fost făcut la sfârșitul următorului deceniu al optulea al secolului trecut. Oamenii de știință au la dispoziție instrumente în infraroșu deosebit de puternice pentru observarea adâncimii spațiului, care au făcut posibilă detectarea radiațiilor infraroșii în jurul unuia dintre cunoscuții astronomi pitice albe. Acest lucru a fost dezvăluit tocmai în jurul piticului, a cărui atmosferă conținea metalincludere.
Radiația infraroșie, care a făcut posibilă estimarea temperaturii piticii albe, le-a mai spus oamenilor de știință că corpul stelar este înconjurat de o substanță care poate absorbi radiația stelară. Această substanță este încălzită la un anumit nivel de temperatură, mai mic decât cel al unei stele. Acest lucru vă permite să redirecționați treptat energia absorbită. Radiațiile apar în domeniul infraroșu.
Știința avansează
Spectrele piticii albe au devenit obiectul de studiu al minților avansate din lumea astronomilor. După cum s-a dovedit, de la ei puteți obține destul de multe informații despre caracteristicile corpurilor cerești. Un interes deosebit au fost observațiile corpurilor stelare cu exces de radiație infraroșie. În prezent, a fost posibil să se identifice aproximativ trei duzini de sisteme de acest tip. Procentul lor principal a fost studiat folosind cel mai puternic telescop Spitzer.
Oamenii de știință, observând corpurile cerești, au descoperit că densitatea piticelor albe este semnificativ mai mică decât acest parametru, caracteristic giganților. De asemenea, s-a constatat că excesul de radiații infraroșii se datorează prezenței unor discuri formate dintr-o substanță specifică care poate absorbi radiația energetică. Acesta este cel care radiază apoi energie, dar într-un interval diferit de lungimi de undă.
Discurile sunt excepțional de apropiate și afectează într-o oarecare măsură masa piticelor albe (care nu poate depăși limita Chandrasekhar). Raza exterioară se numește disc detrital. S-a sugerat că s-a format în timpul distrugerii unui corp. În medie, raza este comparabilă ca mărime cu cea a Soarelui.
Dacă acordați atenție sistemului nostru planetar, devine clar că relativ aproape de „casă” putem observa un exemplu similar - acestea sunt inelele care înconjoară Saturn, a căror dimensiune este, de asemenea, comparabilă cu raza lui. steaua noastră. De-a lungul timpului, oamenii de știință au descoperit că această caracteristică nu este singura pe care piticii și Saturn o au în comun. De exemplu, atât planeta, cât și stelele au discuri foarte subțiri, care nu sunt transparente atunci când încearcă să strălucească prin lumină.
Concluzii și dezvoltarea teoriei
Deoarece inelele piticelor albe sunt comparabile cu cele care înconjoară Saturn, a devenit posibil să se formuleze noi teorii care explică prezența metalelor în atmosfera acestor stele. Astronomii știu că inelele din jurul lui Saturn sunt formate prin întreruperea mareelor a unor corpuri care sunt suficient de aproape de planetă pentru a fi afectate de câmpul gravitațional al acesteia. Într-o astfel de situație, corpul extern nu își poate menține propria gravitație, ceea ce duce la o încălcare a integrității.
Cu aproximativ cincisprezece ani în urmă, a fost prezentată o nouă teorie care explica formarea inelelor pitice albe într-un mod similar. S-a presupus că inițial pitica era o stea în centrul sistemului planetar. Corpul ceresc evoluează în timp, care durează miliarde de ani, se umflă, își pierde coaja, iar acest lucru determină formarea unui pitic, care se răcește treptat. Apropo, culoarea piticelor albe se explică tocmai prin temperatura lor. Pentru unii, este estimat la 200.000 K.
Sistemul de planete în cursul unei astfel de evoluții poate supraviețui, ceea ce duce laexpansiunea părții exterioare a sistemului concomitent cu scăderea masei stelei. Ca rezultat, se formează un sistem mare de planete. Planetele, asteroizii și multe alte elemente supraviețuiesc evoluției.
Ce urmează?
Progresul sistemului poate duce la instabilitatea acestuia. Acest lucru duce la bombardarea spațiului din jurul planetei de către pietre, iar asteroizii zboară parțial din sistem. Unii dintre ei, însă, se deplasează pe orbite, mai devreme sau mai târziu găsindu-se în raza solară a piticului. Ciocnirile nu au loc, dar forțele de maree duc la o încălcare a integrității corpului. Un grup de astfel de asteroizi ia o formă similară cu inelele care înconjoară Saturn. Astfel, în jurul stelei se formează un disc de resturi. Densitatea piticii albe (aproximativ 10^7 g/cm3) și a discului său detrital diferă semnificativ.
Teoria descrisă a devenit o explicație destul de completă și logică a unui număr de fenomene astronomice. Prin ea, se poate înțelege de ce discurile sunt compacte, deoarece o stea nu poate fi înconjurată de un disc cu o rază comparabilă cu cea a soarelui pe toată durata existenței sale, altfel astfel de discuri ar fi la început în interiorul corpului său.
Explicând formarea discurilor și dimensiunea lor, se poate înțelege de unde provine oferta particulară de metale. Ar putea ajunge pe suprafața stelară, contaminând piticul cu molecule de metal. Teoria descrisă, fără a contrazice indicatorii relevați ai densității medii a piticelor albe (de ordinul a 10^7 g/cm3), demonstrează de ce se observă metale în atmosfera stelelor, de ce măsurarea substanței chimicecompoziție prin mijloace posibil accesibile omului și din ce motiv distribuția elementelor este similară cu cea caracteristică planetei noastre și a altor obiecte studiate.
Teorii: există vreun beneficiu?
Ideea descrisă a fost folosită pe scară largă ca bază pentru a explica de ce învelișurile stelelor sunt contaminate cu metale, de ce au apărut discuri de resturi. În plus, din aceasta rezultă că în jurul piticului există un sistem planetar. Nu este nicio surpriză în această concluzie, deoarece omenirea a stabilit că majoritatea stelelor au propriile lor sisteme de planete. Aceasta este caracteristică atât celor care sunt similare cu Soarele, cât și celor care sunt mult mai mari decât dimensiunile acestuia - și anume, din ele se formează piticele albe.
Subiecte neepuizate
Chiar dacă considerăm că teoria descrisă mai sus este general acceptată și dovedită, unele întrebări pentru astronomi rămân deschise până astăzi. Un interes deosebit este specificul transferului de materie între discuri și suprafața unui corp ceresc. După cum sugerează unii, acest lucru se datorează radiațiilor. Teoriile care apelează în acest mod să descrie transportul materiei se bazează pe efectul Poynting-Robertson. Acest fenomen, sub influența căruia particulele se mișcă încet pe o orbită în jurul unei stele tinere, treptat în spirală spre centru și dispărând într-un corp ceresc. Probabil că acest efect ar trebui să se manifeste în discurile de resturi din jurul stelelor, adică moleculele care sunt prezente în discuri, mai devreme sau mai târziu, se găsesc în apropiere excepțională de pitic. Solidesunt supuse evaporării, se formează gaz - astfel încât sub formă de discuri a fost înregistrat în jurul mai multor pitici observați. Mai devreme sau mai târziu, gazul ajunge la suprafața piticului, transportând metale aici.
Faptele revelate sunt estimate de astronomi ca fiind o contribuție semnificativă la știință, deoarece sugerează modul în care sunt formate planetele. Acest lucru este important, deoarece obiectele de cercetare care atrag specialiști sunt adesea indisponibile. De exemplu, planetele care se învârt în jurul stelelor mai mari decât Soarele sunt extrem de rare de studiat - este prea dificil la nivel tehnic de care dispune civilizația noastră. În schimb, oamenii au putut studia sistemele planetare după transformarea stelelor în pitici. Dacă reușim să ne dezvoltăm în această direcție, cu siguranță va fi posibil să dezvăluim noi date despre prezența sistemelor planetare și caracteristicile distinctive ale acestora.
Piticile albe, în atmosfera cărora au fost detectate metale, ne permit să ne facem o idee despre compoziția chimică a cometelor și a altor corpuri cosmice. De fapt, oamenii de știință pur și simplu nu au altă modalitate de a evalua compoziția. De exemplu, studiind planetele gigantice, se poate face o idee doar despre stratul exterior, dar nu există informații sigure despre conținutul interior. Acest lucru este valabil și pentru sistemul nostru „acasă”, deoarece compoziția chimică poate fi studiată doar din acel corp ceresc care a căzut la suprafața Pământului sau unde a fost posibil să aterizeze aparatul de cercetare.
Cum merge?
Mai devreme sau mai târziu, sistemul nostru planetar va deveni și „casa” unei pitici albe. După cum spun oamenii de știință, nucleul stelar areo cantitate limitată de materie pentru a obține energie, iar mai devreme sau mai târziu reacțiile termonucleare sunt epuizate. Gazul scade în volum, densitatea crește la o tonă pe centimetru cub, în timp ce în straturile exterioare reacția continuă. Steaua se extinde, devenind o gigantă roșie, a cărei rază este comparabilă cu sute de stele egale cu Soarele. Când învelișul exterior încetează să „ardă”, în decurs de 100.000 de ani are loc o dispersie a materiei în spațiu, care este însoțită de formarea unei nebuloase.
Miezul stelei, eliberat de coajă, scade temperatura, ceea ce duce la formarea unei pitice albe. De fapt, o astfel de stea este un gaz de în altă densitate. În știință, piticii sunt adesea denumiți corpuri cerești degenerate. Dacă steaua noastră ar fi comprimată și raza ei ar fi de doar câteva mii de kilometri, dar greutatea ar fi complet păstrată, atunci aici ar avea loc și o pitică albă.
Caracteristici și puncte tehnice
Tipul de corp cosmic luat în considerare este capabil să strălucească, dar acest proces este explicat prin alte mecanisme decât reacțiile termonucleare. Strălucirea se numește reziduală, se explică prin scăderea temperaturii. Piticul este format dintr-o substanță ai cărei ioni sunt uneori mai reci de 15.000 K. Mișcările oscilatorii sunt caracteristice elementelor. Treptat, corpul ceresc devine cristalin, strălucirea sa slăbește, iar piticul evoluează în maro.
Oamenii de știință au identificat o limită de masă pentru un astfel de corp ceresc - până la 1,4 greutatea Soarelui, dar nu mai mult de această limită. Dacă masa depășește această limită,steaua nu poate exista. Acest lucru se datorează presiunii unei substanțe în stare comprimată - este mai mică decât atracția gravitațională care comprimă substanța. Există o compresie foarte puternică, ceea ce duce la apariția neutronilor, substanța este neutronizată.
Procesul de compresie poate duce la degenerare. În acest caz, se formează o stea neutronică. A doua opțiune este compresia continuă, care mai devreme sau mai târziu duce la o explozie.
Parametri și caracteristici generale
Luminozitatea bolometrică a categoriei considerate de corpuri cerești în raport cu caracteristica Soarelui este mai mică de aproximativ zece mii de ori. Raza piticului este mai mică de o sută de ori mai mare decât a soarelui, în timp ce greutatea este comparabilă cu cea caracteristică stelei principale a sistemului nostru planetar. Pentru a determina limita de masă pentru un pitic, a fost calculată limita Chandrasekhar. Când este depășit, piticul evoluează într-o altă formă de corp ceresc. Fotosfera unei stele, în medie, este formată din materie densă, estimată la 105–109 g/cm3. În comparație cu secvența principală, este de aproximativ un milion de ori mai dens.
Unii astronomi cred că doar 3% din toate stelele din galaxie sunt pitici albe, iar unii sunt convinși că fiecare zecime aparține acestei clase. Estimările variază atât de mult cu privire la motivul dificultății de a observa corpurile cerești - acestea sunt departe de planeta noastră și strălucesc prea slab.
Povești și nume
În 1785, un corp a apărut în lista de stele duble, pe care Herschel le observa. Vedeta a fost numită 40 Eridani B. Ea este considerată prima persoană văzută din categoria alb.pitici. În 1910, Russell a observat că acest corp ceresc are un nivel extrem de scăzut de luminozitate, deși temperatura culorii este destul de ridicată. De-a lungul timpului, s-a decis ca corpurile cerești din această clasă să fie separate într-o categorie separată.
În 1844, Bessel, studiind informațiile obținute prin urmărirea lui Procyon B, Sirius B, a decis că amândoi se deplasau din când în când dintr-o linie dreaptă, ceea ce înseamnă că există sateliți apropiați. O astfel de presupunere i se părea puțin probabilă comunității științifice, deoarece niciun satelit nu putea fi văzut, în timp ce abaterile puteau fi explicate doar de un corp ceresc, a cărui masă este excepțional de mare (asemănătoare cu Sirius, Procyon).
În 1962, Clark, lucrând cu cel mai mare telescop existent la acea vreme, a identificat un corp ceresc foarte slab lângă Sirius. El a fost numit Sirius B, același satelit pe care îl sugerase Bessel cu mult timp înainte. În 1896, studiile au arătat că Procyon avea și un satelit - acesta se numea Procyon B. Prin urmare, ideile lui Bessel au fost pe deplin confirmate.
