От звезд до белых гномов: сага звезды, похожей на солнце

Белые карлики являются любопытными объектами. 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 они действительно являются остатками звездных ядер, которые содержат очень плотную, «вырожденную» материю.

Многие звезды превращаются в белых карликов как часть их «старости». Большинство из них начинали как звезды, похожие на наше Солнце. Кажется довольно странным, что наше Солнце каким-то образом превратится в странную, уменьшающуюся мини-звезду, но это случится через миллиарды лет. Астрономы видели эти странные маленькие объекты по всей галактике. Они даже знают, что с ними будет, когда будут крутыми: они станут черными карликами.

Чтобы понять белых карликов и то, как они образуются, важно знать жизненные циклы звезд. Общая история довольно проста. Эти гигантские бурлящие шары перегретых газов образуются в облаках газа и сияют энергией ядерного синтеза. Они меняются на протяжении всей 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 график под названием основная последовательность, который показывает, в какой фазе они находятся в своей эволюции.

Как только звезды достигают определенного возраста, они переходят в новые фазы существования. В конечном счете, они умирают каким-то образом и оставляют после себя захватывающие свидетельства о себе. Есть некоторые действительно экзотика объекты, которые превращаются в действительно массивные звезды, такие как черные дыры и нейтронные звезды. Другие заканчивают свою жизнь как объект другого типа, называемый белым карликом.

Как звезда становится белым карликом? Его эволюционный путь зависит от его массы. Звезда с большой массой, одна из которых в восемь или более раз превышает массу Солнца за время нахождения в главной последовательности, взорвется как сверхновая звезда и создать нейтронную звезду или черную дыру. Наше Солнце не является массивной звездой, поэтому оно и звезды, очень похожие на него, становятся белыми карликами, включая Солнце, звезды с меньшей массой, чем Солнце, и другие, которые находятся где-то между массой Солнца и массой Солнца. сверхгиганты.

Звезды с низкой массой (те, у которых около половины массы Солнца) настолько легки, что их температура в ядре никогда не становится достаточно горячей, чтобы соединить гелий с углеродом и кислородом (следующий шаг после синтеза водорода). Как только водородное топливо звезды с низкой массой заканчивается, ее ядро ​​не может противостоять весу слоев над ней, и все это разрушается внутрь. То, что осталось от звезды, затем сжимается в гелий белого карлика - объект, состоящий в основном из ядер гелия-4

Как долго выживает любая звезда, прямо пропорционально ее массе. Звезды с малой массой, которые становятся гелиевыми белыми карликовыми звездами, дольше, чем возраст вселенная чтобы добраться до их окончательного состояния. Охлаждаются очень и очень медленно. Поэтому никто не видел, чтобы кто-то действительно полностью остыл, и эти странные звезды встречаются довольно редко. Это не значит, что они не существуют. Есть несколько кандидатов, но они обычно появляются в бинарных системах, предполагая, что какая-то потеря массы ответственна за их создание или, по крайней мере, за ускорение процесса.

Мы делать увидеть много других белых карликов, которые начали свою жизнь как звезды, больше похожие 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.

Как только они заканчивают свое водородное топливо, ядра сжимаются, и звезда расширяется, чтобы стать красным гигантом. Он нагревает ядро ​​до тех пор, пока гелий не расплавится, образуя углерод. Когда заканчивается гелий, углерод начинает плавиться, образуя более тяжелые элементы. Технический термин для этого процесса - «тройной альфа-процесс»: два ядра гелия сливаются в бериллий, после чего происходит слияние дополнительного гелия, создающего углерод.)

Как только весь гелий в ядре расплавлен, ядро ​​снова сжимается. Тем не менее, температура внутри не будет достаточно горячей, чтобы плавить углерод или кислород. Вместо этого он "застывает", и звезда входит в секунду красный гигант фаза. В конце концов, внешние слои звезды мягко сдуваются и образуют планетарная туманность. То, что осталось позади, это углеродно-кислородное ядро, сердце белого карлика. Весьма вероятно, что наше Солнце начнет этот процесс через несколько миллиардов лет.

Когда белый карлик перестает генерировать энергию с помощью ядерного синтеза, технически он больше не звезда. Это звездный остаток. Это все еще горячо, но не от активности в его ядре. Думайте о последних этапах жизни белого карлика как о углях умирающего огня. Со временем он остынет, и со временем станет настолько холодным, что превратится в холодный мертвый уголь, который некоторые называют «черным карликом». Ни один из известных белых карликов не зашел так далеко. Это потому, что процесс происходит миллиарды и миллиарды лет. Поскольку Вселенной всего около 14 миллиардов лет, даже у первых белых карликов не было достаточно времени, чтобы полностью остыть, чтобы стать черными карликами.

• Все звезды стареют и в конечном итоге развиваются из существования.
• Очень массивные звезды взрываются как сверхновые и оставляют после себя нейтронные звезды и черные дыры.
• Звезды, подобные Солнцу, станут белыми карликами.
• Белый карлик - это остаток звездного ядра, потерявшего все свои внешние слои.
• Никакие белые карлики не охладили полностью в истории вселенной.

• НАСА, НАСА, представьте себе .gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
• «Звездная эволюция», www.aavso.org/stellar-evolution.
• «Белый карлик | КОСМОС «. Центр астрофизики и суперкомпьютинга, astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white dwarf.

Отредактировано Кэролин Коллинз Петерсен.