törpe

Raúl González a következő kérdést küldte nekem a [email protected] címre: «Hogyan lehet a fehér törpe hőmérséklete magasabb, mint a nap felszíne, ha ezek a csillagok már nem termelik a saját energiájukat? Honnan származik ilyen hő?»

Említettem fentebb a fehér törpe csillagokat más bejegyzésekben (például van Y Ez a másik), hanem, hogy megértsük, honnan származik a ragyogáshoz vezető hő, először meg kell látnunk, hogyan alakulnak ki ezek a kíváncsi tárgyak.

Először meg kell vernem a bokrot, úgy érted.

Pontosan. De ez egy szükséges gonosz, kurzív hang.

Amint tudod, csillagok ragyognak annak az energiának köszönhetően, amelyet a magjukban végbemenő magfúziós reakciók szabadítanak fel, ahol a hő és a nyomás szélsőséges körülményei a hidrogénatomokat összekapcsolódásra kényszerítik, ami egy nehezebb elemet, héliumot képez, és gammasugarakat bocsát ki, amelyek izzításig melegítik a csillag tömegét.

Például a nap esetében a magjában uralkodó 15 000 000 ° C körülbelül 6000 ° C felületi hőmérsékletre változik ... Ez összehasonlításban nagyon alacsonynak tűnhet, de figyelembe kell venni, hogy a mag hője csillagunk térfogatának eloszlásához, amely alapvetően 1,4 millió kilométer átmérőjű gázgömb.

De, amire Raúl jól rámutatott, a fehér törpe felülete sokkal magasabb hőmérsékletet érhet el, mint bármely hagyományos csillagé. mindenféle mechanizmus nélkül, amely energiát termelne benne.

Nos, elmondja, hogy milyen ritka csillag nem termeli a saját hőjét.

Nos, először is, a fehér törpék nem csillagok, mint olyanok, hanem más csillagok maradványai, amelyek felhasználták üzemanyagukat.

Akkor miért világítanak, ha nincs üzemanyag?!

Ok, várj, kurzív hang, menjünk részenként. Először nézzük meg, hogyan alakulnak ki ezek a kíváncsi tárgyak.

Egy csillag csecsemőkorában a gravitáció a mag mélyébe húzza a hidrogénfúziót okozó héliumot, mivel a hélium kissé sűrűbb. De a hélium nehezebb elemekké történő összeolvasztásához és így belőle energia előállításához szükséges feltételek jóval meghaladják azokat, amelyeket egy közepes méretű csillag tömege hozhat létre, mint a mi napunk. Ezért, Amikor egy közepes méretű csillag magjában túl sok hélium halmozódik fel, a fúziós reakciók nem folytatódhatnak.

Ez a részlet azért fontos, mert a csillagok mindaddig stabilak maradnak, amíg a magban zajló fúziós reakciók nyomása ellensúlyozza a gravitációs nyomóerőt. Más szavakkal, amikor a magban felhalmozódott hélium "elfojtja" a hidrogénfúziót, akkor a gravitációt távol tartó erő eltűnik, és a csillag teljes súlya ráesik, összenyomva.

De szerencsére, az összehúzódás következtében a mag körül új, magas nyomású és hőmérsékletű régió jelenik meg, amelyben a hidrogénfúzió fenntartható, hogy a csillag azonnal visszatérjen az energiatermeléshez.

E visszaesés után a csillag elkezd több energiát termelni, mint korábban, mivel ennek az új rétegnek nagyobb az űrtartalma, mint az eredeti magnak, és ezért több anyag olvasztódik össze benne. Ennek eredményeként, az új reakciók, amelyek most a korábbinál intenzívebbek, kiszorítják a környező gázt, és a csillag tágulni kezd.

De a sztori itt még nem ér véget: a csillag továbbra is termeli és felhalmozza a héliumot, így ez az új réteg egyidejűleg leállítja a hidrogén egyesítését is. Ennek eredményeként, a mag összehúzódási folyamata többször megismétli önmagát, mivel a hidrogénfúziós reakciók egyre erőszakosabbá válnak.

A Földről nézve a csillagok, amelyek ezen a folyamaton mennek keresztül, ciklikus fényerő-változásokat mutatnak, amelyek egybeesnek ezekkel az összehúzódási periódusokkal, ami egy grafikonon így néz ki:

Másrészről, ahogy tágulnak, e csillagok felülete hűl. Például egy, a naphoz hasonló tömegű csillag felületi hőmérséklete életének ebben a szakaszában körülbelül 6000 ° C-ról 2000 ° C-ra vagy 3000 ° C-ra csökkenhet.

De hogyan fog lehűlni, ha a csillag több energiát termel, mint korábban? Ez a bejegyzés tele van ellentmondásokkal!

Mivel, Amint a csillag kitágul, a magja által termelt energiának egyre nagyobb területen kell elterjednie. Amint kevesebb hő éri el a felszín egyes régióit, hőmérséklete csökken, és ennek következtében az általa kibocsátott fény hosszabb hullámhosszt vesz fel ... Vagy egy vörösesebb színt, amely megegyezik. Ezért az életük ezen szakaszában lévő csillagokat vörös óriásoknak nevezik.

A csillagok különböző típusai, hőmérsékletük és fényességük szerint osztályozva. (Forrás)

De a keverék rétegek hurok nem tart örökké, mert, előbb-utóbb a mag körüli összes hidrogén héliummá válik. Amikor ez megtörténik, ennek az elemnek a fúziós reakciói ismét leállnak, és a gravitációnak szabad módja van arra, hogy még jobban összenyomja a magot. De ezúttal az eredmény kissé más.

Mivel nincs új hidrogénréteg, amely meggyulladna az összeomlás ellen, a gravitáció annyira összenyomja a vörös óriás magját, hogy Hőmérséklete akár 100-200 millió Celsius-fokig is lő, ami elegendő ahhoz, hogy a héliumatomok összeolvadjanak szénből és oxigénből, egy olyan folyamat, amely még több energiát szabadít fel, mint az előzőek.

Amíg mindez történik, a csillag az eredeti átmérőjének 200-szorosára bővülhet. További tényként ez a cél vár szeretett napunkra is: közepesen jó csillagként, körülbelül 5 milliárd év múlva duzzad és (valószínűleg) elnyeli a Földet.

A hélium fúziós reakciói addig folytatódnak, amíg ennek az elemnek a tartalékai kimerülnek, és bár ez megtörténik, a csillag külső rétegei tovább terjednek az űrben, és egy bolygó ködöt képeznek, amely gáztömeg, amelyet teleszkópon keresztül látnak A Föld, úgy néz ki, mint egy bolygó korongja (innen származik a neve).

Valami ebből a stílusból.

És mi az a fehér pont a gázfelhő közepén?

Pontosan ez a rész érdekel minket.

Amikor az összes hélium átalakult szénné és oxigénné, akkor semmi sem marad, amit a közepes csillag magja összeolvadva energiát termelhet. Ezen a ponton a gravitáció befejezi a maradék tömörítését, amíg bolygó méretű objektummá válik, amely fehéres fényt bocsát ki. Az így kapott rendkívül kompakt tárgy, a bolygó köd közepén maradt fényes folt egy fehér törpe..

Ezen a másik képen láthatja a fehér törpét, amely az ég legfényesebb csillagát, Szíriust kíséri. (Forrás)

Várj, várj, hogyan tud egy csillag magja összenyomódni olyan kicsibe, mint egy bolygó?

Jó megjegyzés, kurzív hang. Magfúzió nélkül a vörös óriás magja összehúzódik, amíg megjelenik egy új erő, amelyet a gravitáció nem tud legyőzni. Ez az erő a benne lévő atomok által kínált ellenállás, amely nem tud olyan közel kerülni, hogy két elektron ugyanazt az állapotot foglalja el (az úgynevezett Pauli kizárási elv).

Ennek eredményeként az elektronok pályája annyira összenyomódik egy fehér törpe belsejében, hogy az azt alkotó anyag sűrűsége nagyságrendileg nagyobb, mint 1 milliárd kg/köbméter, ami jóval nagyobb, mint a közönséges anyagé. Ez alapvetően azért van, mert egy fehér törpe sokkal több atomot tartalmaz, mint amennyit normál körülmények között elférne ugyanabban a térfogatában.

Nem annyira a tetején, de ott mennek a lövések.

És figyelem, itt jön a fontos dolog: ahogy a csillag magját alkotó anyag nem is tűnik el összenyomva, hanem sűrűbb tárgyat alkot., a hő egy része, amely az összeomlásakor a magban volt, megmarad a fehér törpében is.

Technikailag ez a válasz, amit Raúl szeretett volna, de adunk hozzá néhány adatot, mert a dolgok még mindig kissé bénák.

Az eddig kimutatott legforróbb fehér törpe csillag felületi hőmérséklete körülbelül 250 000 ° C, bár úgy gondolják, hogy körülbelül 1000 évvel ezelőtt elérte a maximális 400 000 ° C-os csúcsot. Lenyűgöző alak, de átmeneti, mert mivel ezek a tárgyak nem képesek előállítani saját energiájukat, a fehér törpék keletkezésük pillanatától kezdik sugározni a hőt… És röntgen, ultraibolya, látható vagy infravörös fény kibocsátásával teszik, attól függően, hogy az adott pillanatban milyen hőmérsékleten vannak.

Másrészt, kis méretük miatt a fehér törpék csak egy apró felületen képesek energiát kibocsátani, tehát ezek az objektumok nagyon, nagyon, nagyon lassan elveszítik a keletkezésük során visszatartott hőt.

Nos, ez sem lesz olyan rossz.

Nem túlzok, dőlt betűvel: a valaha felfedezett leghidegebb fehér törpék felületi hőmérséklete 2000 ° C körüli. Figyelembe véve azt a sebességet, amellyel tömegük függvényében kisugárzik a hőt, kiszámították, hogy a hőmérséklet eléréséhez, ezeket az objektumokat 11-12 milliárd éve hűtötték.És mégis, a mai napig még elég melegek ahhoz, hogy látható fényt bocsássanak ki.

A valóságban, saját energiaforrásuk nélkül, a fehér törpéket arra kényszerítik, hogy folytassák a hűtést, amíg a hőmérsékletüket ki nem egyensúlyozzák a körülöttük lévő tér hőmérsékletével, amely körülbelül -273ºC körül van. Valójában, amikor ezek a csillaghullák annyira lehűltek, hogy már nem bocsátanak ki kimutatható mennyiségű elektromágneses sugárzást, állítólag fekete törpévé váltak..

A tárgyak ezen osztályát nagyon nehéz felismerni az általuk kibocsátott sugárzás révén, ezért jelenlétüket a más testekre gyakorolt ​​gravitációs hatásuk révén kellene megállapítani.

És találtál valamit?

Nem. Sőt, jelenleg senki sem várja, hogy találjanak ilyet, mert a jelenlegi modellek szerint a naptömegéhez hasonló tömegű fehér törpének (legalább) körülbelül 1000 milliárd évre van szüksége, hogy lehűljön -268ºC-ra, tehát az univerzum még mindig túl fiatal ahhoz, hogy a benne található fehér törpék bármelyike ​​fekete törpévé lehűljön.

Szóval semmi, eddig a mai bejegyzés. Remélem, még nem szédítettem meg Raúlt azzal, hogy körbejártam.