Biely trpaslík

Vysvetľujeme, čo sú bieli trpaslíci, ich charakteristiky, zloženie, formovanie, typy a uvádzame niekoľko príkladov

Biely trpaslík v porovnaní s tromi planétami

Čo je biely trpaslík?

A Biely trpaslík Je to hviezda v posledných fázach jeho vývoja, ktorá už vyčerpala všetok vodík svojho jadra, ako aj palivo jeho vnútorného reaktora. Za týchto okolností hviezda ochladí a kontrakty prekvapivo kvôli svojej vlastnej závažnosti.

Počas svojej existencie má iba teplo, takže biely trpaslík je ako grilovaný, ktorý zostáva po vypnutí kolosálneho ohňa. Pred posledným dychom jeho tepla sa musia upustiť od miliónov rokov, a otáčajú sa chladným a tmavým predmetom.

Objavenie

Aj keď je teraz známe, že oplýva, nikdy sa ich nedalo odhaliť, pretože sú mimoriadne malé.

Prvý biely trpaslík objavil William Herschel v roku 1783 ako súčasť 40 Eridani Star System, v súhvezdí Eridano, ktorého najjasnejšou hviezdou je Praernar, viditeľná na juh (na severnej hemisfére) počas zimy. 

40 Eridani tvorí tri hviezdy, jedna z nich, 40 Eridane. Je viditeľné voľným okom, ale 40 Eridani B a 40 Eridani C sú oveľa nižšie. B je biely trpaslík, zatiaľ čo C je červený trpaslík.

O niekoľko rokov neskôr, po objavení 40 Eridaniho systému, nemecká astronóm. 

Bessel pozoroval malé sinuosity v sýrskej trajektórii, ktorej vysvetlenie mohlo byť iba blízkosťou inej menšej hviezdy. Nazývalo sa to sýrsky B, asi 10 000 -krát menej jasný ako sýrska nádherná.

Ukázalo sa, že sýrsky B bol taký alebo menší ako Neptún, ale s neuveriteľne vysokou hustotou a povrchovou teplotou 8000 K. A keďže žiarenie sýrskeho B zodpovedá bielemu spektru, stalo sa známe ako „biely trpaslík“.

A od tej doby sa každá hviezda s týmito charakteristikami nazýva to, že hoci bieli trpaslíci môžu byť tiež červené alebo žlté, pretože majú rôzne teploty, pričom biele sú najbežnejšie.

Charakteristiky bielych trpaslíkov

Do dnešného dňa sa katalogizovalo asi 9 000 hviezd ako biely trpaslík. Ako sme už povedali, nie je ľahké ich objaviť kvôli ich slabej svietivosti.

V susedstve slnka je dosť bielych trpaslíkov, z ktorých mnohí objavili astronómovia G. Kuyper a W. Luyten na začiatku 20. storočia. Preto boli jeho hlavné charakteristiky študované relatívne ľahké, podľa dostupnej technológie. Najvýznamnejšie sú: 

• Malá veľkosť, porovnateľná s planétou.
• Vysoká hustota.
• Nízka svietivosť.
• Teploty v rozmedzí 100 000 a 4000 K.
• Majú magnetické pole.
• Majú atmosféru vodíka a hélia.
• Gravitačné pole.
• Malá strata energie pomocou žiarenia, a preto sa veľmi pomaly ochladia.

Malé rádiá

Vďaka teplote a svietivosti je známe, že ich rádiá sú veľmi malé. Biely trpaslík, ktorého povrchová teplota je podobná ako v prípade slnka, sotva emituje tisícinu svietivosti tohto. Preto musí byť trpaslík veľmi malý.

Sýrska B a planéta Venuša majú približne rovnaký priemer. Tagized [CC By-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

biela farba

Táto kombinácia vysokej teploty a malé rádio spôsobujú, že hviezda bude vyzerať biele, ako je uvedené vyššie. 

Štruktúra

Pokiaľ ide o jej štruktúru, predpokladá sa, že majú pevné jadro kryštalickej povahy, obklopené hmotou v plynnom stave. 

Môže vám slúžiť: Tretí zákon termodynamiky: vzorce, rovnice, príklady

Je to možné z dôvodu následných transformácií, ktoré sa uskutočňujú v jadrovom reaktore hviezdy: od vodíka po hélium, uhlík a uhlík po ťažšie prvky. 

Je to skutočná možnosť, pretože teplota v jadre trpaslíka je dostatočne nízka na to, aby existovala také solídne jadro.

V skutočnosti bol nedávno objavený biely trpaslík, ktorý má nedávno objavený diamantový jadro s priemerom 4000 km, ktorý sa nachádza v konštelácii Alfa Centauri, 53 svetelných rokov od Zeme.

Hustota

Otázka hustoty bielych trpaslíkov spôsobila veľké zdesenie astronómom konca devätnásteho a skorého dvadsiatich rokov. Výpočty poukazovali na veľmi vysoké hustoty.

Biely trpaslík môže mať hmotnosť až 1,4 -krát vzhľadom na hmotnosť nášho slnka, stlačená k veľkosti, ako je Zem. Týmto spôsobom je jeho hustota miliónkrát väčšia ako hustota vody a práve to, čo podporuje biely trpaslík. Ako je to možné?

Kvantová mechanika uvádza, že častice, ako sú elektróny, môžu zaberať iba určité hladiny energie. Existuje tiež zásada, ktorá obmedzuje usporiadanie elektrónov okolo atómového jadra: Pauliho princíp vylúčenia. 

Podľa tejto vlastnosti hmoty nie je možné mať rovnaký kvantový stav v rovnakom systéme rovnaký kvantový stav. A navyše, v bežných záležitostiach nie všetky povolené úrovne energie sú zvyčajne obsadené, iba niektoré z nich sú.

To vysvetľuje, prečo hustoty suchozemských látok sú sotva rádovo niekoľko gramov na kubický centimeter.

Degenerovaná hmota

Každá úroveň energie zaberá určitý objem, takže región, ktorý zaberá úroveň. Týmto spôsobom môžu bez problémov koexistovať dve úrovne s rovnakou energiou, pokiaľ sa neprekrývajú, pretože existuje sila degenerácie, ktorá jej bráni. 

To vytvára určitý druh kvantovej bariéry, ktorá obmedzuje kontrakciu hmoty v hviezde, ktorá pochádza z tlaku, ktorý kompenzuje gravitačný kolaps. Takto sa udržiava integrita bieleho trpaslíka.

Medzitým elektróny vyplňujú všetky možné energetické polohy, rýchlo naplňte najnižšie a sú k dispozícii iba elektróny s väčšou energiou. 

Za týchto okolností, so všetkými okupovanými energetickými štátmi, je záležitosť v stave, že sa vo fyzike nazýva fyzika Degenerovaný stav. Je to stav maximálnej možnej hustoty podľa zásady vylúčenia. 

Ale pretože neistota v polohe elektrónov △ x x je minimálna, kvôli vysokej hustote, podľa princípu neistoty Heisenbergu, neistota v lineárnom okamihu:

△ x △ p ≥ ћ/2

Kde ћ je h/2π, je to konštanta. Rýchlosť elektrónov je teda blízko rýchlosti svetla a zvyšuje tlak, ktorý vyvíjajú, pretože sa zvyšujú aj zrážky. 

Tento kvantový tlak, nazývaný Tlak, je nezávislý od teploty. Z tohto dôvodu môže mať biely trpaslík energiu pri akejkoľvek teplote, vrátane Absolute Zero.

Vývoj bielych trpaslíkov

Vďaka astronomickým pozorovaniam a počítačovým simuláciám sa tvorba typickej hviezdy, ako je naše slnko, vykonáva nasledovne:

• Po prvé, kozmický plyn a prach hojný vo vodíku a héliu, ktoré kondenzujú vďaka gravitácii, aby vznikli protoestrelke, mladého hviezdneho objektu. Protoestrella je sféra v rýchlej kontrakcii, ktorej teplota sa postupne zvyšuje v priebehu miliónov rokov.
• Po dosiahnutí kritickej hmoty a so zvyšujúcou sa teplotou je jadrový reaktor vo vnútri hviezdy osvetlený. Keď sa to stane, začína fúzia vodíka a hviezda je začlenená do hovoru Hlavná sekvencia.
• Po vyčerpaní vodíka jadra je vyčerpaný a začína zapaľovanie vodíka najvzdialenejších vrstiev hviezdy, ako aj vrstvu hélia v jadre.
• Hviezda sa rozširuje, jasne sa zvyšuje, znižuje jej teplotu a je červená. Toto je fáza Červený gigant.
• Vonkajšie vrstvy hviezdy vychádzajú vďaka hviezdnemu vetru a tvoria planéta, Aj keď neexistujú žiadne planéty. Táto hmlovina obklopuje hviezdne jadro (oveľa horúco), ktoré vyčerpali vodíkovú rezervu, ktorá začína spaľovať hélium a vytvára ťažšie prvky.
• Hmlovina sa rozptyľuje a jadro je v kontrakčnom jadre pôvodnej hviezdy, ktorá sa stáva bielym trpaslíkom. Aj keď jadrová fúzia prestala napriek materiálu, hviezda má stále neuveriteľnú tepelnú rezervu, ktorá emituje veľmi pomaly žiarením. Táto fáza tvrdá na dlhú dobu (asi 10¹⁰ Roky, odhadovaný vek vesmíru).
• Akonáhle je zima, svetlo, ktoré emitovalo, úplne zmizne a biely trpaslík sa stáva Čierny trpaslík.

Môže vám slúžiť: naklonené lietadloŽivotný cyklus hviezd. Zdroj: Wikimedia Commons. R.N. Bailey [CC po 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/4.0)]

Vývoj slnka

S najväčšou pravdepodobnosťou naše slnko kvôli jeho charakteristikám prechádza opísanými fázami. V súčasnosti je slnko dospelá hviezda, ktorá je v hlavnej sekvencii, ale všetky hviezdy ju v určitom okamihu opustia skôr alebo neskôr, hoci väčšina jeho života tam prechádza.

Budú mať mnoho miliónov rokov na vstup do ďalšej fázy Red Giant. Keď sa to stane, Zem a ďalšie vnútorné planéty budú pohltené rastúcim slnkom, ale po prvé, je isté, že oceány sa odparili a Zem sa stala púšťou.

Nie všetky hviezdy prechádzajú týmito fázami. Závisí to od jeho hmoty. Tí, ktorí sú oveľa masívnejší, že slnko má oveľa veľkolepejší koniec, pretože skončia ako supernovy. Zvyšok v tomto prípade môže byť zvláštnym astronomickým objektom, ako je čierna diera alebo neutrónová hviezda.

Chandrasekharov limit

V roku 1930 hinduistický astrofyzik iba 19 rokov, nazývaný Subrahmanyan Chandrasekhar, určil existenciu kritickej hmoty v hviezdach. 

Hviezda, ktorej hmotnosť je pod touto kritickou hodnotou, sleduje cestu bieleho trpaslíka. Ale ak je jeho hmotnosť vyššie, jeho dni sa končia kolosálnym výbuchom. Toto je Chandrasekharov limit a je rovnocenný s približne 1.44 -násobok hmotnosti nášho slnka.

Vypočíta sa takto:

Tu n je počet elektrónov na jednotku hmotnosti, ћ je planck konštanta rozdelená 2π, c je rýchlosť svetla vo vákuu a g gravitačná konštanta.

To neznamená, že väčšie hviezdy ako slnko sa nemôžu stať bielymi trpaslíkmi. Počas svojho pobytu v hlavnej sekvencii hviezda neustále stráca omšu. Robí to tiež vo svojej pódiu ako planétový červený gigant a hmlovina.

Na druhej strane, keď sa raz zmení na biely trpaslík, silná gravitácia hviezdy môže priťahovať množstvo inej blízkej hviezdy a zvýšiť svoju vlastnú. Prekonanie limitu Chandrasekharu, koniec trpaslíka môže byť - a druhá hviezda - nie je taká pomalá ako tá, ktorá je tu opísaná. 

Môže vám slúžiť: Fyzická optika: História, časté podmienky, zákony, aplikácie

Táto blízkosť môže reštartovať vyhynutý jadrový reaktor a viesť k obrovskému výbuchu supernovy (supernovia IA).

Zloženie bielych trpaslíkov

Keď sa jadro hviezdy zmenilo na hélium, zlúčenie atómov uhlíka a kyslíka sa zlúčia.

A keď Helio Reserve končí zase, biely trpaslík je v zásade zložený z uhlíka a kyslíka av niektorých prípadoch neón a horčík za predpokladu, že jadro má dostatočný tlak na syntézu týchto prvkov. 

Hviezda Aquarii je biela obiniak trpaslík. Zdroj: NASA cez Wikimedia Commons.

Pravdepodobne trpaslík je tenká atmosféra hélia alebo vodíka, pretože keďže povrchová závažnosť hviezdy je vysoká, ťažké prvky sa musia hromadiť v strede a najľahšie na povrchu zostanú najľahší. 

V niektorých trpaslíkoch existuje dokonca možnosť zlúčiť atómy neónov a vytvárať tuhé železné jadrá.

Výcvik

Ako sme povedali v predchádzajúcich odsekoch, biely trpaslík sa tvorí po tom, ako hviezda vyčerpá svoju vodíkovú rezervu. Potom sa napučia a rozširuje a potom vylučuje hmotu vo forme planétovej hmloviny, pričom jadro ponecháva vo vnútri.

Toto jadro, tvorené degenerovanou hmotou, je to, čo je známe ako biela trpaslíka hviezda. Akonáhle je jeho fúzny reaktor vypnutý, pomaly sa sťahuje a ochladí a stráca s ňou všetku svoju tepelnú energiu a svietivosť.

Typy bielych trpaslíkov

Na klasifikáciu hviezd vrátane bielych trpaslíkov sa používa spektrálny typ, ktorý zase závisí od teploty. Aby sme vymenovali trpaslíky, používa sa Capital D, za ktorým nasleduje ktorékoľvek z týchto písmen: A, B, C, O, Z, Q, X X. Tieto ďalšie písmená: P, H, E a V označujú ďalšiu sériu oveľa konkrétnejších charakteristík.

Každé z týchto písmen označuje charakteristiku vysokej úrovne spektra spektra. Napríklad hviezda DA je biely trpaslík, ktorého spektrum má vodíkovú čiaru. A trpaslík DAV má vodíkovú čiaru a okrem toho V naznačuje, že ide o premennú alebo pulzujúcu hviezdu.

Nakoniec k sérii písmen sa pridá číslo medzi 1 a 9, čo označuje index teploty n:

N = 50400 /t. Efektívna hviezda

Ďalšia klasifikácia bielych trpaslíkov sa vykonáva na základe ich hmoty:

• Okolo 0.5 m slnko
• Priemerná hmotnosť: medzi 0.5 a 8 -krát m slnko
• Medzi 8 a 10 -násobkom hmotnosti slnka.

Príklady bielych trpaslíkov

- Sirio B v konštelácii Can Starosta, spoločníka Sirio A, najjasnejšej hviezdy v noci. Je to najbližší biely trpaslík zo všetkých.

Najjasnejším zdrojom svetla je Sýrsky B

- Aquarii je biely trpaslík, ktorý emituje x -breh pulzy.

Biely trpaslík v systéme Aquarii

- 40 Eridani B, vzdialené 16 svetelných rokov. Je to pozorovateľné s ďalekohľadom.

Keid systém (40 Eridani), videný z astronomickej simulácie Celestia. Zdroj: Henrykus, GFDL, cez Wikimedia Commons

- HL Tau 67 patrí do súhvezdí Taurus a je variabilným bielym trpaslíkom, prvým z jeho tried, ktorá sa má objaviť.

- DM Lyrae je súčasťou binárneho systému a je biely trpaslík, ktorý v dvadsiatom storočí explodoval ako Nova.

- WD B1620 je biely trpaslík, ktorý tiež patrí do binárneho systému. Sprievodná hviezda je pulzujúca hviezda. V tomto systéme je planéta, ktorá obieha obidve.

PSR B1620-26, binárny hviezdny systém. Zdroj: Ilustrácia Kredit: NASA a G. Bacon (STSCI), verejná doména, cez Wikimedia Commons

- Procyon B, spoločník Procyon A, v konštelácii Can menší.

Binárny systém procyon, biely trpaslík je malý bod vpravo. Zdroj: Giuseppe Donatiello cez Flickr.

Odkazy

1. Carroll, B. Úvod do modernej astrofyziky. Druhý. Vydanie. Pearson. 
2. Martínez, D. Vývoj hviezd. Obnovené z: knihy Google.
3. Olaizola, i. Biele trpaslíky. Získané z: Telesforo.Aranzadi-zientziak.orgán.
4. Oster, l. 1984. Moderná astronómia. Redaktor sa vrátil.
5. Wikipedia. Biele trpaslíky. Obnovené z: je. Wikipedia.orgán.
6. Wikipedia. Zoznam bielych trpaslíkov. Získaný z.Wikipedia.orgán.