откъде

Раул Гонсалес ми изпрати следния въпрос на [email protected]: «Как може бялото джудже да има температура по-висока от повърхността на слънцето, ако тези звезди вече не произвеждат собствена енергия? Откъде идва такава топлина?»

Споменах бели джуджета по-горе в други публикации (като е Y. Това друго), но за да разберем откъде идва топлината, която ги кара да светят, първо ще трябва да видим как се формират тези любопитни обекти.

„Първо ще трябва да бия около храста“, искаш да кажеш.

Точно. Но това е необходим зъл, описващ глас.

Както знаеш, звездите блестят благодарение на енергията, отделяна от реакциите на ядрен синтез, протичащи в техните ядра, където екстремните условия на топлина и налягане принуждават водородните атоми да се обединят, образувайки по-тежък елемент, хелий и излъчвайки гама лъчи, които загряват масата на звездата до нажежаване.

В случая на слънцето, например, 15 000 000 ° C, който цари в сърцевината му, се превръща в повърхностна температура от около 6 000 ° C ... Което може да изглежда много ниско в сравнение, но трябва да се има предвид, че топлината на ядрото е взето да се разпределя в обема на нашата звезда, която всъщност представлява топче газ с диаметър 1,4 милиона километра.

Но, както Raúl добре е посочил, повърхността на бяло джудже може да достигне температури много по-високи от тези на всяка конвенционална звезда. без никакъв тип механизъм, който произвежда енергия вътре в него.

Е, ще ми кажете каква рядка звезда не произвежда собствена топлина.

Е, за начало, белите джуджета не са звезди като такива, а останките на други звезди, които са изразходвали горивото си.

Тогава защо светят, ако нямат гориво?!

Добре, чакай, скоропис, да тръгваме на части. Нека първо видим как се образуват тези любопитни обекти.

През цялото детство на една звезда гравитацията влачи хелия, който причинява водороден синтез до дълбочините на ядрото, тъй като хелийът е малко по-плътен. Но условията, необходими за сливане на хелий в по-тежки елементи и по този начин за производство на енергия от него, далеч надхвърлят тези, които масата на средно голяма звезда като нашето слънце може да произведе. Следователно, Когато в сърцевината на средно голяма звезда се натрупа твърде много хелий, реакциите на синтез не могат да продължат.

Тази подробност е важна, защото звездите остават стабилни, докато тягата на реакциите на синтез, протичащи в сърцевината, противодейства на силата на притискане на гравитацията. С други думи, когато хелийът, натрупан в ядрото, „задушава“ водородния синтез, силата, която задържа гравитацията, изчезва и цялото тегло на звездата пада върху нея, притискайки я.

Но за щастие, свиването води до появата на нова област на високо налягане и температури около ядрото, в която може да се поддържа водородно сливане, така че звездата веднага да се върне към производството на енергия.

След този спад звездата започва да генерира повече енергия от преди, тъй като този нов слой има по-голям обем от първоначалното ядро ​​и следователно в него се сливат повече материали. Като резултат, новите реакции, сега по-интензивни от преди, изтласкват околния газ и звездата започва да се разширява.

Но историята не свършва дотук: звездата ще продължи да произвежда и натрупва хелий, така че този нов слой също ще спре да може да слее водород в даден момент. Като резултат, процесът на свиване на сърцевината ще се повтори няколко пъти, тъй като реакциите на водороден синтез стават все по-бурни.

Погледнати от Земята, звездите, които преминават през този процес, започват да показват циклични промени в яркостта, които съвпадат с тези периоди на свиване, което в графика изглежда така:

От друга страна, докато се разширяват, повърхността на тези звезди се охлажда. Например, повърхностната температура на звезда с маса, подобна на тази на слънцето, може да спадне от около 6000 ° C до 2000 ° C или 3000 ° C през тази фаза от живота си.

Но как ще се охлади, ако звездата произвежда повече енергия от преди? Този пост е пълен с противоречия!

Защото, Тъй като звездата се разширява, енергията, произведена от ядрото й, трябва да се разпространява върху все по-голяма площ. Тъй като по-малко топлина достига до всеки регион на повърхността, температурата му намалява и в резултат на това светлината, която излъчва, придобива по-голяма дължина на вълната ... Или по-червеникав цвят, който е същият. Следователно звездите, които са в тази фаза от живота си, се наричат ​​червени гиганти.

Различните видове звезди, каталогизирани според тяхната температура и тяхната светимост. (Източник)

Но цикълът на смесените слоеве не трае вечно, защото, рано или късно целият водород около ядрото ще се превърне в хелий. Когато това се случи, реакциите на синтез на този елемент отново спират и гравитацията има свободен начин да компресира ядрото още повече. Но този път резултатът е малко по-различен.

Тъй като няма нов слой водород, който се запалва, за да се противопостави на колапса, гравитацията толкова силно свива сърцевината на червения гигант, че Температурата му изстрелва до 100 до 200 милиона градуса по Целзий, достатъчно за атомите на хелия да се слеят, за да образуват въглерод и кислород, процес, който отделя дори повече енергия от предишните.

Докато всичко това се случва, звездата може да се разшири до размер 200 пъти първоначалния си диаметър. Като допълнителен факт, тази дестинация очаква и нашето любимо слънце: като средно добра звезда, в крайна сметка ще набъбне и (вероятно) ще погълне Земята след около 5 милиарда години.

Реакциите на синтез на хелий ще продължат, докато резервите на този елемент се изчерпят и докато това се случи, външните слоеве на звездата ще продължат да се разпространяват в пространството, образувайки планетарна мъглявина, маса от газ, която се вижда през телескоп от Земя, изглежда като диск на планета (откъдето идва и името му).

Нещо от този стил.

И каква е онази бяла точка в средата на газовия облак?

Точно тази част ни интересува.

Когато целият хелий е превърнат във въглерод и кислород, тогава не остава нищо за ядрото на средно голяма звезда да се слее, за да произведе енергия. В този момент гравитацията завършва компресирането на това, което остава от нея, докато се превърне в обект с размер на планета, който излъчва белезникав блясък. Полученият изключително компактен обект, светлото петно, оставено в средата на планетарна мъглявина, е бяло джудже..

На това друго изображение можете да видите бялото джудже, придружаващо Сириус, най-ярката звезда в небето. (Източник)

Чакай, чакай, как може ядрото на една звезда да се компресира в нещо толкова малко като планета?

Добра забележка, скорописен глас. Без ядрен синтез, ядрото на червения гигант се свива, докато не се появи нова сила, която гравитацията не може да преодолее. Тази сила е съпротивлението, предлагано от атомите, които съдържа, които не могат да се приближат толкова близо, че два електрона да заемат едно и също състояние (т.нар. принцип на изключване на Паули).

В резултат на това орбитите на електроните са толкова компресирани в бяло джудже, че плътността на материала, който го съставя, е от порядъка на 1 милиард килограма на кубичен метър, значително по-голяма от тази на обикновената материя. Това е основно защото бялото джудже съдържа много повече атоми, отколкото биха се побрали в същия обем при нормални условия.

Не толкова отгоре, но там отиват изстрелите.

И, внимание, тук идва важното: точно както материята, съставлявала ядрото на звездата, не изчезва при компресиране, а се уплътнява, за да образува по-плътен обект, част от топлината, която се е съдържала в ядрото по време на неговия колапс, се задържа и в бялото джудже.

Технически това е отговорът, който Raúl искаше, но ние ще добавим някои данни, защото нещата все още са малко куци.

Най-горещата бяла джудже звезда, открита досега, има повърхностна температура около 250 000 ° C, въпреки че се смята, че тя може да е достигнала максимален пик от 400 000 ° C преди около 1000 години. Впечатляваща фигура, но временна, тъй като, тъй като тези обекти нямат начин да произвеждат собствена енергия, белите джуджета започват да излъчват топлината си от момента на образуването си... И те го правят, като излъчват рентгенови лъчи, ултравиолетова, видима или инфрачервена светлина, в зависимост от температурата, при която се намират във всеки един момент.

От друга страна, поради малкия си размер, белите джуджета могат да излъчват енергия само през малка повърхност, така че тези предмети губят топлината, задържана по време на своето формиране, много, много, много бавно.

Е, и това няма да е толкова лошо.

Не преувеличавам, курсив: най-студените бели джуджета, откривани някога, имат повърхностна температура около 2000ºC. Като се вземе предвид скоростта, с която те излъчват топлина като функция от тяхната маса, е изчислено, че за достигане на тази температура, тези обекти са охладени от 11 до 12 милиарда години.И все пак и до днес те са все още достатъчно топли, за да излъчват видима светлина.

В действителност, без собствен източник на енергия, белите джуджета са осъдени да продължат да се охлаждат, докато температурата им се балансира с тази на пространството около тях, което е около -273ºC. Всъщност, когато тези звездни трупове са се охладили толкова много, че вече не излъчват забележимо количество електромагнитно излъчване, се казва, че са се превърнали в черно джудже..

Този клас обекти би било много трудно да бъдат открити чрез излъчването, което излъчват, така че тяхното присъствие ще трябва да бъде установено чрез техните гравитационни ефекти върху други тела.

И намерили ли сте такива?

Не. И всъщност никой не очаква да ги намери в момента, защото сегашните модели предполагат, че на бяло джудже с маса, подобна на слънчевата, ще са необходими (поне) около 1000 милиарда години, за да се охлади до -268 ° C така Вселената е все още твърде млада, за да може някое от белите джуджета в нея да се е охладило до черно джудже.

И така, нищо, засега днешното влизане. Надявам се, че не съм прекалено замаял Раул, обикаляйки храста.