Ko pogledamo nočno nebo, se nam zdi, da so vse zvezde enake. Človeško oko z velikimi težavami razlikuje vidni spekter svetlobe, ki jo oddajajo oddaljena nebesna telesa. Zvezda, ki je še vedno komaj vidna, je morda že dolgo ugasla in vidimo samo njeno svetlobo. Vsaka od zvezd živi svoje življenje. Nekateri svetijo celo belo svetlobo, drugi izgledajo kot svetle pike, ki utripajo neonsko svetlobo. Tudi drugi so dolgočasni žareči madeži, ki so komaj vidni na nebu.
Vsaka od zvezd ostane na določeni stopnji svojega razvoja in se skozi čas spremeni v nebeško telo drugega razreda. Namesto svetle in bleščeče točke na nočnem nebu se pojavi nov vesoljski objekt - beli škrat - starajoča se zvezda. Ta stopnja evolucije je značilna za večino običajnih zvezd. Ne izogibajte se podobni usodi in našem soncu.
Kaj je beli škrat: zvezda ali fantom?
Šele pred kratkim, v 20. stoletju, je znanstvenikom postalo jasno, da je beli pritlikalec vse, kar ostane v vesolju od navadne zvezde. Študija zvezd z vidika termonuklearne fizike je dala idejo o procesih, ki se razjezijo v globinah nebesnih teles. Zvezde, ki nastanejo zaradi interakcije gravitacijskih sil, predstavljajo ogromen termonuklearni reaktor, v katerem se ves čas pojavljajo verižne reakcije cepitve vodikovih in helijevih jeder. V tako kompleksnih sistemih hitrost razvoja komponent ni enaka. Ogromne zaloge vodika zagotavljajo življenje zvezde pred milijardami let. Termonuklearne reakcije vodika prispevajo k nastanku helija in ogljika. Po termonuklearni fuziji pridejo v poštev zakoni termodinamike.
Ko je zvezda porabila ves vodik, se jedro pod vplivom gravitacijskih sil in ogromen notranji tlak začne krčiti. Izgubi glavni del njegovega ovoja, nebesno telo doseže mejo mase zvezde, pri kateri lahko obstaja kot bel pritlikav brez virov energije, ki še naprej oddaja toploto po vztrajnosti. Pravzaprav so beli pritlikavi zvezde iz razreda rdečih velikanov in supergigantov, ki so izgubili zunanjo lupino.
Termonuklearna fuzija izčrpa zvezdo. Vodik izsušuje in helij se lahko kot masivnejša komponenta še naprej razvija in doseže novo stanje. Vse to vodi k dejstvu, da se rdeči velikani najprej oblikujejo na mestu navadne zvezde, zvezda pa zapusti glavno zaporedje. Torej se nebeško telo, ki se sprehaja po poti počasnega in neizogibnega staranja, postopoma preoblikuje. Starost zvezde je dolga pot do neobstoja. Vse to se dogaja zelo počasi. Beli škrat je nebesno telo, s katerim se izven glavnega zaporedja pojavi neizogiben proces izumrtja. Reakcija sinteze helija vodi v dejstvo, da se jedro starajoče se zvezde skrči, zvezda končno izgubi lupino.
Evolucija belih palčkov
Zunaj glavnega zaporedja zvezda izginja. Pod vplivom gravitacije se segreti plin rdečih velikanov in supergigantov razprši po vesolju in oblikuje mlado planetarno meglico. Po več sto tisočletjih je bila meglica razpršena in na njenem mestu ostaja degenerirano jedro rdečega belega velikana. Temperature takega objekta so precej visoke od 90000 K, ki se ocenjujejo iz absorpcijske linije spektra in do 130.000 K, ko se ocena opravi v spektru rentgenskih žarkov. Zaradi majhnosti pa se hlajenje nebesnega telesa zgodi zelo počasi.
Ta slika zvezdnega neba, ki jo opazimo, je stara več deset do sto milijard let. Kjer vidimo bele palčke, lahko v vesolju že obstaja drugo nebesno telo. Zvezda se je preselila v razred črnega pritlikavca, končno fazo evolucije. V resnici namesto zvezde ostane strdek snovi, katerega temperatura je enaka temperaturi okolice. Glavna značilnost tega objekta je popolna odsotnost vidne svetlobe. Opaziti takšno zvezdo v navadnem optičnem teleskopu je precej težko zaradi nizke svetilnosti. Glavno merilo za odkrivanje belih palčkov je prisotnost ultravijoličnega sevanja z visoko močjo in rentgenskih žarkov.
Vsi znani beli palčki, odvisno od njihovega spektra, so razdeljeni v dve skupini:
- vodikovi objekti, spektralni razred DA, v spektru katerih ni linij helija;
- helijski palčki, spektralni razred DB. Glavne črte v spektru so v heliju.
Večina populacije predstavljajo beli pritoki vodikovega tipa, do 80% vseh trenutno znanih objektov te vrste. Za preostalih 20% predstavljajo helijski pritlikavi.
Evolucijska faza, zaradi katere se pojavi bel dwarf, je zadnja za ne-masivne zvezde, ki vključujejo našo zvezdo, Sonce. Na tej stopnji ima zvezda naslednje značilnosti. Kljub tako majhni in kompaktni velikosti zvezde, njena zvezdna snov tehta točno toliko, kolikor je potrebno za njen obstoj. Z drugimi besedami, beli pritlikavi, ki imajo radije 100-krat manjše od polmera sončnega diska, imajo maso, ki je enaka masi Sonca ali celo tehta več kot naša zvezda.
To nakazuje, da je gostota belega pritlikavega milijona krat večja od gostote navadnih zvezd, ki so v glavnem zaporedju. Na primer, gostota naše zvezde je 1,41 g / cm3, gostota belih palčkov pa lahko doseže ogromne vrednosti 105-110 g / cm3.
V odsotnosti lastnih virov energije se takšni objekti postopoma ohladijo, imajo nizko temperaturo. Na površini belih palčkov so zabeležili temperaturo v območju 5000-50000 stopinj Kelvina. Starejša je zvezda, nižja je njena temperatura.
Na primer, soseda najsvetlejše zvezde na našem nebu, Sirius A, beli pritlikavi Sirius B, ima površinsko temperaturo le 2100 stopinj Kelvina. V tem nebesnem telesu je veliko bolj vroče, skoraj 10.000 ° K. Sirius B je bil prvi beli pritlikavki, ki so ga odkrili astronomi. Barva belih palčkov, odkritih po Siriusu B, se je izkazala za belo kot razlog za to ime za ta razred zvezd.
Po svetlosti svetlobe je Sirius A 22-krat večji od svetlobe našega Sonca, medtem ko je njena sestra Sirius B sijala z zatemnjeno svetlobo, opazno slabša od svetlosti do sijajnega soseda. Prisotnost belega pritlikavca je bilo mogoče zaznati zaradi podob Siriusa, ki jih je naredil rendgenski teleskop Chandra. Beli pritlikavi nimajo izrazitega svetlobnega spektra, zato se te zvezde štejejo za dovolj hladne kozmične objekte. V infrardečem in rentgenskem razponu Sirius B sveti veliko svetleje in še naprej oddaja ogromne količine toplotne energije. Za razliko od navadnih zvezd, kjer je korona vir rentgenskih valov, je beli pritlikavi vir sevanja iz fotosfere.
Biti zunaj glavnega zaporedja v prevladi teh zvezd ni najpogostejši predmet v vesolju. V naši galaksiji znaša delež belih palčkov le 3-10% nebesnih teles. Za ta del zvezdne populacije naše galaksije je zaradi negotovosti ocene oteženo, da je sevanje v vidni polarni regiji šibko. Z drugimi besedami, svetloba belih palčkov ne more premagati velikih kopic kozmičnega plina, ki tvorijo roke naše galaksije.
Znanstveni pogled na zgodovino pojava belih palčkov
Nadalje se v nebesnih telesih namesto izsušenih glavnih virov termonuklearne energije pojavi nov vir termonuklearne energije, trojni helijev ali trojni alfa proces, ki zagotavlja izčrpanost helija. Te predpostavke so bile v celoti potrjene, ko je bilo mogoče opazovati vedenje zvezd v infrardečem območju. Spekter svetlobe navadne zvezde se bistveno razlikuje od slike, ki jo vidimo pri ogledu rdečih velikanov in belih palčkov. Za degenerirane jedre takšnih zvezd je zgornja meja mase, sicer postane nebesno telo fizično nestabilno in lahko pride do kolapsa.
Skoraj nemogoče je razložiti tako visoko gostoto, ki jo imajo beli pritlikavi z vidika fizikalnih zakonov. Postopki v teku so postali jasni le zaradi kvantne mehanike, ki je omogočila preučevanje stanja elektronskega plina zvezdne snovi. Za razliko od navadne zvezde, kjer se standardni model uporablja za preučevanje stanja plina, pri belih palčkih znanstveniki obravnavajo tlak relativističnega degeneriranega elektronskega plina. Preprosto povedano, opažamo naslednje. Z ogromno stiskanjem 100 ali večkrat zvezdna snov postane kot en sam velik atom, v katerem se vse atomske vezi in verige združijo. V tem stanju elektroni tvorijo degeneriran elektronski plin, katerega nova kvantna tvorba lahko prenese sile gravitacije. Ta plin tvori gosto jedro brez lupine.
Izčrpna študija belih palčkov z uporabo radijskih teleskopov in rentgenske optike je pokazala, da ti nebesni predmeti niso tako preprosti in dolgočasni, kot se zdi na prvi pogled. Glede na odsotnost termonuklearnih reakcij znotraj takšnih zvezd se pojavi vprašanje nehote - od kod prihaja ogromen pritisk, ki je uspel uravnotežiti sile gravitacije in sile notranje privlačnosti.
Kot rezultat raziskav fizikov na področju kvantne mehanike je nastal model belih škratov. Pod delovanjem gravitacijskih sil se zvezdna snov tako stisne, da so elektronske lupine atomov uničene, elektroni začnejo svoje lastno kaotično gibanje in se premikajo iz enega stanja v drugo. Jedra atomov v odsotnosti elektronov tvorijo sistem, ki tvori močno in stabilno vez med njimi. V zvezdni snovi je toliko elektronov, da nastane veliko stanj, oziroma se ohrani hitrost elektronov. Velika hitrost elementarnih delcev ustvarja ogromen notranji pritisk elektronskega degeneriranega plina, ki je sposoben prenesti sile gravitacije.
Kdaj so postali znani beli pritlikavi?
Kljub dejstvu, da se prvi beli pritlikavci, ki so jih odkrili astrofiziki, šteje za Siriusa B, obstajajo zagovorniki različice prejšnjega poznavanja znanstvene skupnosti z zvezdnimi objekti tega razreda. Že leta 1785 je astronom Herschel prvič vključil v zvezdo katalog trojnega zvezdnega sistema v ozvezdju Eridanus, ki je ločil vse zvezde. Le 125 let kasneje so astronomi odkrili anomalno nizko svetilnost 40 Eridana B pri visoki barvni temperaturi, kar je bilo razlog za ločevanje takih objektov v ločen razred.
Objekt je imel rahlo magnitudo, ki je ustrezala magnitudi + 9,52 m. Beli škrat je imel maso ½ sončne in je imel manjši premer od zemeljskega. Ti parametri so bili v nasprotju s teorijo o notranji strukturi zvezd, kjer so svetilnost, polmer in temperatura površine zvezde ključni parametri za določanje razreda zvezde. Majhen premer, nizka svetilnost z vidika fizikalnih procesov ni ustrezala visoki barvni temperaturi. Ta razlika je povzročila številna vprašanja.
Podobno je izgledalo tudi z drugim belim škratom - Sirusom B. Kot spremljevalec najsvetlejše zvezde ima beli pritlikavke majhne dimenzije in veliko gostoto zvezdne snovi - 106 g / cm3. Za primerjavo, količina snovi tega nebesnega telesa s šibico bo tehtala več kot milijon ton na našem planetu. Temperatura tega škratja je 2,5-krat večja od glavne zvezde sistema Sirius.
Nedavna znanstvena spoznanja
Nebesna telesa, s katerimi se ukvarjamo, so naravni, naravni preizkusni poligon, po katerem lahko oseba prouči strukturo zvezd, stopnje njihove evolucije. Če je rojstvo zvezd mogoče razložiti s fizikalnimi zakoni, ki delujejo na enak način v vsakem okolju, potem je evolucija zvezd predstavljena s popolnoma različnimi procesi. Znanstvena razlaga mnogih izmed njih gre v kategorijo kvantne mehanike, znanosti elementarnih delcev.
Beli pritlikavi v tej luči izgledajo najbolj skrivnostni predmeti:
- Prvič, proces degeneracije jedrne zvezde je videti zelo radoveden, zaradi česar zvezdna snov ne razpade v prostoru, ampak se nasprotno skrči na nepredstavljive velikosti;
- Drugič, v odsotnosti termonuklearnih reakcij beli pritlikavi ostajajo precej vroči prostorski objekti;
- Tretjič, te zvezde, ki imajo visoko barvno temperaturo, imajo nizko svetilnost.
Znanstveniki vseh vrst, astrofiziki, fiziki in jedrski znanstveniki, še niso odgovorili na ta in številna druga vprašanja, kar nam bo omogočilo napovedovanje usode lastnega svetilca. Sonce pričakuje usodo belega pritlikavca, vendar ostaja vprašljivo, ali lahko oseba v tej vlogi opazuje sonce.
