Baltoji nykštukė: savybės, susidarymas ir evoliucija
Baltoji nykštukė: sužinokite apie jos savybes, susidarymą ir evoliuciją — nuo raudonosios milžinės branduolio iki tyliai švytinčio kosminio likučio.
Baltoji nykštukė yra kompaktiška žvaigždė. Jų medžiaga yra labai suspausta: Gravitacija priartino atomus taip arti vienas kito, kad branduoliams tapus beveik stacionariais, įvyksta elektronų degeneracija — elektronai užima visus prieinamus kvantinius būsenų lygius ir suteikia slėgį, kuris sustabdo tolimesnį žlugimą. Baltosios nykštukės masė dažnai būna panaši į Saulės masę, tačiau jų tūris yra panašus į Žemės tūrį, todėl jų vidutinė tankis yra milžiniškas, o paviršinis sunkumas — tūkstančius ar net šimtus tūkstančių kartų didesnis nei Žemėje.
Susidarymas
Baltosios nykštukės yra galutinė visų žvaigždžių, kurių masė nėra pakankamai didelė, kad jos taptų neutroninėmis žvaigždėmis, evoliucijos stadija. Daugiau kaip 97 % žvaigždžių Pieno kelyje taps baltosiomis nykštukėmis.§1 Po to, kai vandenilį deginančios pagrindinės sekos žvaigždės šildymas blėsta, žvaigždė išsiplečia į raudonosiosmilžinės fazę: išoriniai sluoksniai atšoka ar yra išpūsti, o branduolyje helis lydosi ir susidaro anglis bei deguonis. Jei raudonoji milžinė neturės pakankamai masės angliai sulydyti, apie 1 mlrd. K jos centre susikaups neaktyvi anglis ir deguonis. Nuslinkus išoriniams sluoksniams ir susiformavus planetinei miglotei, liks branduolys — baltoji nykštukė.
Savybės
- Parametrai: tipinė baltoji nykštukė turi masę iki maždaug 1,4 Saulės masių (Chandrasekharo riba) ir sparesnę — mažesnį už ~1,4 M☉. Didesnėms masėms elektronų degeneracinis slėgis nebepajėgia priešintis gravitacijai.
- Sandara: daugumos baltųjų nykštukių branduolį sudaro anglis ir deguonis (progenitoriui panašios į Saulę), mažesnės masės žvaigždžių palikuonys gali turėti helio branduolį, o kiek masyvesnės baltosios nykštukės — deguonies/neono sluoksnius.
- Energetika: baltosiose nykštukėse jau nevyksta branduolių sintezės reakcijos, todėl jose nėra nuolatinio vidinio energijos šaltinio; jos palaiko išorinę spinduliuotę skaidoje išeikvodamos sukauptą šilumą ir palaipsniui vėsdamos.
- Paviršiaus atmosfera: dauguma baltųjų nykštukių pastebimos pagal jų spektrą; pvz., DA tipas turi vandenilio atmosferą, kiti — helio arba be akivaizdaus kiekio lengvųjų elementų.
Evoliucija ir likimas
Po to, kai žvaigždė praeina raudonosios milžinės fazę ir netenka didžiąją dalį dujų, likęs branduolys susitrauks ir taps jauna balta nykštuke. Iš pradžių ji būna labai karšta (keliolika tūkstančių ar net >100 000 K), tačiau netekusi sintezės šilumos laikui bėgant atvėsta. Per milijardus ar dešimtis milijardų metų ji taps vis tamsesnė — teorinis paskutinis etapas vadinamas „juodąja nykšte“.
Kiti svarbūs aspektai
- Chandrasekharo riba ir sprogimai: jei baltoji nykštukė kaupiasi medžiagos iš drauge esančio žvaigždės partnerio ar susilieja su kita nykštuke, ir jos masė pasiekia ~1,4 M☉, gali įvykti nestabili kaita — karbono užsidegimas ir Type Ia supernova (vienas iš svarbių Visatos atstumo matavimo šaltinių).
- Kietėjimas (krystalizacija): vėsdamos, baltosios nykštukės branduoliai gali kristalizuotis — atskiri atomų tinklai susidėlioja į kietą būseną; ši fazė išskiria latentą šilumą ir sulėtina vėsimą procesą.
- Binariškumas ir reiškiniai: artimi dvejetai gali sukelti novų, akreciją, masės pernašą, o taip pat formuoti neįprastas baltąsias nykštukes (pvz., labai mažos masės helio nykštukes, kurių vienguliu taku būtų būtina masės praradimas per kepiančio žvaigždės etapą arba dvejetai).
- Stebėjimas: baltosios nykštukės yra silpnos, bet jas galima aptikti įvairiuose bangų ruožuose: optiniame, ultravioletiniame ir rentgeno, ypač kai vyksta akrecija ar kai jos yra jaunos ir karštos.
Trumpai apibendrinant: baltoji nykštukė yra labai tanki, degalių nebeturinti žvaigždės liekana, kurią laiko stabili elektronų degeneracinis slėgis. Jos atsiradimas, kompozicija ir vėlesnė evoliucija priklauso nuo pradinės žvaigždės masės bei nuo to, ar ji dalyvavo dvejetų sąveikose.
Sirijaus A ir Sirijaus B vaizdas, padarytas "Hubble" kosminiu teleskopu. Sirijus B, kuris yra baltoji nykštukė, matomas kaip silpnas šviesos taškelis apačioje, kairėje pusėje nuo daug ryškesnio Sirijaus A.
Baltosios nykštukės žvaigždės
Istorija
Baltosios nykštukės buvo atrastos XVIII amžiuje. Pirmąją baltąją nykštukę, pavadintą 40 Eridani B, 1783 m. sausio 31 d. atrado Viljamas Heršelis.p73 Ji yra trijų žvaigždžių sistemos, vadinamos 40 Eridani, dalis.
Antroji baltoji nykštukė buvo atrasta 1862 m., tačiau iš pradžių manyta, kad tai raudonoji nykštukė. Tai buvo nedidelė žvaigždė netoli Sirijaus žvaigždės. Šios žvaigždės palydovės, pavadintos Sirijumi B, paviršiaus temperatūra siekė apie 25 000 kelvinų, todėl buvo manoma, kad ji yra karšta žvaigždė. Tačiau Sirijus B buvo apie 10 000 kartų silpnesnė už pagrindinę žvaigždę Sirijus A. Mokslininkai nustatė, kad Sirijaus B masė yra beveik tokia pati kaip Saulės. Tai reiškia, kad kadaise Sirijus B buvo žvaigždė, panaši į mūsų Saulę.
1917 m. Adriaanas van Maanenas atrado baltąją nykštukę, pavadintą Van Maanenas 2. Tai buvo trečioji atrasta baltoji nykštukė. Tai arčiausiai Žemės esanti baltoji nykštukė, išskyrus Sirijų B.
Spinduliuotė ir temperatūra
Baltoji nykštukė pasižymi nedideliu šviesumu (bendru skleidžiamos šviesos kiekiu), tačiau turi labai karštą branduolį. Šerdies temperatūra gali būti 107K, o paviršiaus - tik 10 4K.
Baltoji nykštukė susiformavusi yra labai karšta, bet kadangi neturi energijos šaltinio, ji palaipsniui išspinduliuoja savo energiją ir atvėsta. Tai reiškia, kad jos spinduliavimas, kuris iš pradžių suteikia jai mėlyną arba baltą spalvą, laikui bėgant silpnėja. Per labai ilgą laiką baltoji nykštukė atvės iki tokios temperatūros, kad nebespinduliuos šviesos. Jei baltoji nykštukė negauna medžiagos iš žvaigždės palydovės ar kito šaltinio, jos spinduliavimą skleidžia sukaupta šiluma. Ji nėra pakeičiama.
Baltosios nykštukės lėtai atvėsta dėl dviejų priežasčių. Jos turi labai mažą paviršiaus plotą, iš kurio gali išspinduliuoti šilumą, todėl atvėsta palaipsniui ir ilgai išlieka karštos. Be to, jos yra labai neskaidrios. Didžiąją baltosios nykštukės dalį sudaranti degeneruota medžiaga sulaiko šviesą ir kitą elektromagnetinę spinduliuotę, todėl spinduliuotė neatneša daug energijos.
Galiausiai visos baltosios nykštukės atvės ir taps juodosiomis nykštukėmis, taip vadinamomis todėl, kad joms trūksta energijos šviesai sukurti. Juodųjų nykštukių dar nėra, nes baltosios nykštukės atvėsta per ilgesnį laiką nei dabartinis visatos amžius. Juodoji nykštukė yra tai, kas liks iš žvaigždės, kai bus išnaudota visa jos energija (šiluma ir šviesa).
Pakartotinis uždegimas
Baltosios nykštukės gali vėl užsidegti ir sprogti kaip supernovos, jei gauna daugiau medžiagos. Yra nustatyta didžiausia baltosios nykštukės masė, kad ji išliktų stabili. Ji vadinama Čandrasekharo riba.
Pavyzdžiui, nykštukė gali pritraukti medžiagos iš žvaigždės palydovės, todėl ji gali peržengti Chandrasekharo ribą. Dėl papildomos masės prasidėtų anglies sintezės reakcija. Astronomai mano, kad šis pakartotinis užsidegimas gali būti Ia tipo supernovų priežastis.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra baltoji nykštukė?
Atsakymas: Baltoji nykštukė - tai kompaktiška žvaigždė, kurios materija dėl gravitacijos buvo suspausta ir iš jos buvo atimti elektronai.
K: Kokia baltosios nykštukės masė, palyginti su Saulės mase?
A: Baltosios nykštukės masė yra panaši į Saulės masę, tačiau jos tūris panašus į Žemės tūrį.
K: Kokio tipo žvaigždės tampa baltosiomis nykštukėmis?
A: Baltosios nykštukės yra galutinė visų žvaigždžių, kurių masė nėra pakankamai didelė, kad jos taptų neutroninėmis žvaigždėmis, evoliucijos būsena. Daugiau kaip 97 % žvaigždžių, esančių Pieno kelyje, taps baltosiomis nykštukėmis.
K: Kaip susiformuoja raudonoji milžinė?
Atsakymas: Pasibaigus vandenilį deginančios pagrindinės sekos žvaigždės gyvavimo laikui, ji išsiplės ir susiformuos raudonoji milžinė, kurios branduolyje helis susilydo į anglį ir deguonį. Jei jos masė nepakankama angliai sulydyti, jos centre susikaupia neaktyvi anglis ir deguonis.
Klausimas: Kas atsitinka po to, kai išsisklaido išoriniai sluoksniai ir susidaro planetinė migla?
A: Po to, kai išsisklaido išoriniai sluoksniai ir susidaro planetinė migla, lieka branduolys, kuris tampa baltąja nykštuke.
K: Ar baltojoje nykštukėje vyksta medžiagų sintezės reakcijos?
Atsakymas: Ne, baltosios nykštukės medžiagoje nebevyksta branduolių sintezės reakcijos, todėl ji nebeturi energijos šaltinio ir negali būti palaikoma šiluma prieš gravitacinį žlugimą.
K: Kaip mūsų Saulė tampa baltąja nykštuke?
A: Mūsų Saulė taps baltąja nykštuke, kai jai baigsis degalai; iš pradžių ji pereis raudonosios milžinės stadiją, paskui praras didžiąją dalį dujų, kol likusios susitrauks į jauną baltąją nykštukę.
Ieškoti