Что такое белый карлик в астрономии: что это такое, как образуются, свойства

что это такое, как образуются, свойства

Если вглядеться в угасающее сияние звезды, что относится к белым карликам, то можно увидеть, как в нем растворяются каменистые останки бывших планет. Астрономы уже наблюдали, как коллапсирующая звезда разрывает на части нечто гораздо более крупное, чем она сама.

Василий Макаров

Примерно так, по мнению художников и астрономов, белые карлики во Вселенной способны соседствовать с массивными планетами и оказывать на них воздействие

Маленький белый карлик. А ещё он тяжелый, злобный и экстремальный. Нет, речь идёт не о какой-то конкретной персоне, а о космическом объектах, имеющих общую характеристику, и именуемых в среде астрономов таким уничижительным прозвищем.

Следует учитывать, что размеры во Вселенной, имеют поистине космические значения, и то, что относиться к белым карликам, в наших земных представлениях о масштабе, является нечто гигантским.

Однако, градация наблюдается даже в данной астрономами характеристике, ведь существуют большие белые карлики и даже сверхгиганты. Давиды и Голиафы космоса сражаются друг с другом постоянно, но результаты их битв, не угрожают человечеству. Во всяком случае пока. Давайте разберёмся в этом поподробнее.

Какие объекты в космосе являются белыми карликами

Белые карлики — это конечный этап жизни звезды. Как только запас топлива истощается, эти космические светила разрушаются под действием собственной силы тяжести, вытесняя всю массу раскаленных газов в сферу размером с Землю.

Иными словами, если рассматривать стадии эволюции звёзд, то белый карлик – это в каком-то смысле умершая звезда, которая не прочь прихватить с собой и пару-тройку крупных планет, оказавшихся поблизости.

Этапы эволюции звёзд схожи с человеческими – это рождение, молодость, средний возраст, старость и смерть. Однако в зависимости от первоначальной массы, конечный этап ряда звёзд будет отличаться.

Процесс превращения звезды в белого карлика происходит когда в её центре выгорает весь водород, вследствие чего ядро звезды сжимается, при этом внешние слои сильно расширяются. Образуется гелий, который в дальнейшем воспроизводит углерод и кислород. И вот тут если первоначальная масса не позволяет поднять температуру ядра, для проведения дальнейших реакций, то в конечном итоге внешние слои становятся планетарной туманностью, а само ядро звезды, состоящее из углерода и кислорода, белым карликом.

Белый карлик – это несостоявшаяся нейтронная звезда, которой не хватило достаточной массы своего тела, чтобы пройти своеобразную космическую призывную комиссию для получения данного статуса. При этом средняя плотность белого карлика в миллион раз выше плотности обычных звёзд.

Это объясняется тем, что как правило радиус белого карлика равен земному, но вот масса такого «шарика» сравнима с массой Солнца.

Температура белого карлика так же зависит от его размеров и обычно достигает 200 000 К. Тела таких звезд остаются достаточно горячими, чтобы излучать тепло в течение сотен миллиардов лет. Это сияние может дать астрономам достаточно информации о химическом составе белого карлика. Нередко в них встречаются намеки на металлы – свидетельство каменистых планет, испаряющихся в жарком пламени умирающей звезды. Но что должно случиться для подобного поглощения?

Что происходит с белым карликом

Однако для того, чтобы это произошло, звездная система должна пребывать в некотором беспорядке. Планеты должны быть достаточно близко к белому карлику, что обычно указывает на «встряску», вызванную находящимся поблизости объектом с большой массой – например очень крупной планеты.

Дальнейшие приключения умирающей звезды весьма занимательны и, как нетрудно догадаться, по-прежнему зависят от её массы. Другие звёзды, которым повезло с массой чуть больше, и она превышает 1,44 массы Солнца, превращаются не в белый карлик, а в чёрную дыру или же нейтронную звезду, и их подвид – пульсары.

Во Вселенной встречаются и пульсирующие белые карлики, для которых характерны периодические изменения светимости до трети от нормы. И хотя обычные нейтронные звёзды-пульсары могут вращаться десятки раз в секунду, то белые карлики имеют куда больший по времени период вращения, вплоть до нескольких часов.

Однако, благодаря пульсациям и общей светимости, астросейсмологи могут понять плотность звезды типа белый карлик, а также её размер и массу. Они разделяют спектральные классы  белых карликов на две группы: «водородный» и более редкий «гелиевый». К первому типу относят звёзды в которых отсутствуют спектральные линии гелия, а ко второму – у которых нет линий водорода.

Тем не менее существует звездная система, совершенно непохожая на известные современной науке аналоги. Исследователи из Великобритании, Чили и Германии наблюдали за планетой, подобной Урану, находящейся на орбите так близко к белому карлику WD J0914 + 1914, что она буквально разлетелась на части под воздействием звезды.

В целом это первый обнаруженный белый карлик, вокруг которого обращается планета-гигант. При ближайшем рассмотрении в спектре звезды наблюдаются явные признаки кислорода с оттенками серы. Смесь воды и сероводорода позволяет предположить, что это газовая планета, похожая по составу на наших собственных колоссов (таких как Нептун и Уран), которая теряет свою атмосферу. Колебания соотношения водорода и кислорода были достаточно странными, что побудило исследователей использовать специальный инструмент в Очень Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории, называемый спектрографом X-Shooter.

Чтобы космический гигант испарился таким образом, он должен быть как можно ближе к белому карлику. По оценкам исследователей, расстояние составляло около 15 солнечных радиусов — или около 10 миллионов километров — с орбитой всего десять земных дней. Для сравнения, орбита Меркурия приближает его к нашему Солнцу на расстояние не менее 46 миллионов километров.

Даже с учетом того факта, что газовый гигант находится на орбите вокруг белого карлика, неясно, является ли он аномалией или нам просто неизвестны похожие примеры. Однако отметим, что при тщательной проверке примерно 7000 других белых карликов в банках данных SDSS не удалось найти ничего похожего на WD J0914 + 1914.

Белые карлики их вес, состав и строение

Сириус А и В

Белые карлики – звезды, имеющие большую массу (порядка солнечной) и малый радиус (радиус Земли), что менее предела Чандрасекара для выбранной массы, являющиеся продуктом эволюции красных гигантов. Процесс производства термоядерной энергии в них прекращен, что приводит к особым свойствам этих звезд. Согласно различным оценкам, в нашей Галактике их количество составляет от 3 до 10 % всего звездного населения.

Содержание:

  • 1 История открытия
  • 2 Механизм образования
  • 3 Виды белых карликов
  • 4 Вырожденный газ
  • 5 Строение
  • 6 Материалы по теме
    • 6.1 Ядро
  • 7 Эволюция
    • 7.1 Положение на диаграмме Герцшпрунга-Рассела
  • 8 Спектральная классификация
  • 9 Интересные факты
  • 10 Материалы по теме
  • 11 Ответы на вопросы

История открытия

Видимое движение Сириуса по небесной сфере

В 1844 году немецкий астроном и математик Фридрих Бессель при наблюдении Сириуса обнаружил небольшое отклонение звезды от прямолинейного движения, и сделал предположение о наличии у Сириуса невидимой массивной звезды-спутника.

Его предположение было подтверждено уже в 1862 году, когда американский астроном и телескопостроитель Альван Грэхэм Кларк, занимаясь юстировкой самого крупного в то время рефрактора, обнаружил возле Сириуса неяркую звезду, которую впоследствии окрестили Сириус Б.

Белый карлик Сириус Б имеет низкую светимость, а гравитационное поле воздействует на своего яркого компаньона довольно заметно, что свидетельствует о том, что у этой звезды крайне малый радиус при значительной массе. Так впервые был открыт вид объектов, названный белыми карликами. Вторым подобным объектом была звезда Маанена, находящаяся в созвездии Рыб.

Механизм образования

Белые карлики представляют собой конечную стадию эволюции небольшой звезды с массой, сравнимой с массой Солнца. В каком случае они появляются? Когда в центре звезды, например, как наше Солнце, выгорает весь водород, ее ядро сжимается до больших плотностей, тогда как внешние слои сильно расширяются, и, сопровождаясь общим потускнением светимости, звезда превращается в красного гиганта. Пульсирующий красный гигант затем сбрасывает свою оболочку, поскольку внешние слои звезды слабо связаны с центральным горячим и очень плотным ядром. Впоследствии эта оболочка становится расширяющейся планетарной туманностью. Как видите красные гиганты и белые карлики очень тесно взаимосвязаны.

Процесс охлаждения белого карлика и кристаллизации его центральной части

Сжатие ядра происходит до крайне малых размеров, но, тем не менее, не превышает предела Чандрасекара, то есть верхний предел массы звезды, при котором она может существовать в виде белого карлика.

Виды белых карликов

Некоторые белые карлики в шаровом скоплении NGC 6397, снимок Хаббла

Спектрально их разделяют по двум группам. Излучение белого карлика делят на наиболее распространенный «водородный» спектральный класс DA (до 80 % от общего количества), в котором отсутствуют спектральные линии гелия, и более редкий «гелиевый белый карлик» тип DB, в спектрах звезд которого отсутствуют водородные линии.

Американский астроном Ико Ибен предложил различные сценарии их происхождения: в виду того, что горение гелия в красных гигантах неустойчиво, периодически развивается слоевая гелиевая вспышка.  Он удачно предположил механизм сброса оболочки в разные стадии развития гелиевой вспышки – на ее пике и в период между двумя вспышками. Образование его зависит от механизма сброса оболочки соответственно.

Вырожденный газ

До того как Ральф Фаулер в 1922 году в своей работе «Плотная материя» дал объяснение характеристикам плотности и давления внутри белых карликов, высокая плотность и физические особенности такого строения казались парадоксальными. Фаулер предположил, что в отличие от звезд главной последовательности, для которых уравнение состояния описывается свойствами идеального газа, в белых карликах оно определяется свойствами вырожденного газа.

График зависимости радиуса белого карлика от его массы. Обратите внимание: ультрарелятивистский предел ферми-газа совпадает с пределом Чандрасекара

Вырожденный газ образуется, когда расстояние между его частицами становится меньше волны де-Бройля, а значит, что на его свойствах начинают сказываться квантово-механические эффекты, вызванные тождественностью частиц газа.

В белых карликах, из-за огромных плотностей, оболочки атомов разрушаются под силой внутреннего давления, и вещество становится электронно-ядерной плазмой, причем электронная часть описывается свойствами вырожденного электронного газа, аналогичными поведению электронов в металлах.

Строение

Строение

Среди них наиболее распространены углеродно-кислородные с оболочкой, состоящей из гелия и водорода.

Материалы по теме

Статистически радиус белого карлика сравним с радиусом Земли, а масса варьируется от 0,6 до 1,44 солнечных масс.  Поверхностная температура находится в пределах – до 200 000 К, что также объясняет их цвет.

Ядро

Основной характеристикой внутреннего строения является очень высокая плотность ядра, в котором гравитационное равновесие обуславливается вырожденным электронным газом. Температура в недрах белого карлика и гравитационное сжатие уравновешивается давлением вырожденного газа, что обеспечивает относительную устойчивость диаметра, а его светимость, в основном, происходит за счет остывания и сжатия внешних слоев.   Состав зависит насколько успела проэволюционировать материнская звезда, в основном это углерод с кислородом и небольшие примеси водорода и гелия, которые превращаются в вырожденный газ.

Эволюция

Гелиевая вспышка и сброс внешних оболочек красным гигантом продвигает звезду по диаграмме Герцшпрунга-Рассела, обуславливая его превалирующий химический состав. Жизненный цикл белого карлика, после этого, остается стабилен до самого своего остывания, когда звезда теряет свою светимость и становится невидимой, входя в стадию так называемого «черного карлика», — конечный результат эволюции, хотя в современной литературе этот термин используется все реже.

Перетекание вещества со звезды на белый карлик, который из за низкой светимости не виден

Присутствие рядом звездных компаньонов продляет их жизнь из-за падения вещества на поверхность через формирование аккреционного диска. Особенности аккреции вещества в парных системах могут приводить к накоплению вещества на поверхности белых карликов, что в результате приводит к взрыву новой или сверхновой звезды (в случае особо массивных) типа Ia.

Взрыв сверхновой в представлении художника

В случае если в системе «белый карлик – красный карлик» аккреция нестационарна, результатом может быть своеобразный взрыв белого карлика (например U Gem (UG)) или же новоподобных переменных звезд, взрыв которых носит катастрофический характер.

Остаток сверхновой SN 1006 — представляет собой взорвавшейся белый карлик, который находился в двойной системе. Он постепенно захватывал вещество звезды-компаньона и возрастающая масса спровоцировала термоядерный взрыв, который разорвал карлика

Положение на диаграмме Герцшпрунга-Рассела

Положение белых карликов на диаграмме Герцшпрунга-Рассела

На диаграмме они занимают левую нижнюю часть, принадлежа ветви звезд, покинувших главную последовательность из состояния красных гигантов.

Здесь находится область горячих звезд с низкой светимостью, которая является второй по численности среди звезд наблюдаемой Вселенной.

Спектральная классификация

Множество Белых карликов в шаровом скоплении М4, снимок Хаббла

Они выделены в особый спектральный класс D (от английского Dwarfs – карлики, гномы). Но в 1983 году Эдвард Сион предложил более точную классификацию, которая учитывает различия их спектров, а именно: D (подкласс) (спектральная особенность) (температурный индекс).

Существуют следующие подклассы спектров DA, DB, DC, DO, DZ и DQ, которые уточняют наличие или отсутствие линий водорода, гелия, углерода и металлов. А спектральные особенности P, H, V и X уточняют наличие или отсутствие поляризации, магнитного поля при отсутствии поляризации, переменность, пекулярность или неклассифицируемость белых карликов.

Интересные факты

  1. Какой ближайший белый карлик к Солнцу? Ближайший это звезда ван Маанена, которая представляет собой тусклый объект находящийся всего в 14,4 световых лет от Солнца. Она расположена в центре созвездия Рыб.

    Звезда ван Маанена — самый близкий, одиночный белый карлик

    Звезда ван Маанена является слишком слабой, чтобы мы смогли ее увидеть невооруженным глазом, ее звездная величина 12,2. Однако если рассматривать белый карлик в системе со звездой, то ближайшим является Сириус Б, удаленный от нас на расстояние 8.5 световых лет. Кстати, самый известный белый карлик это Сириус Б.

    Сравнение размеров Сириуса В и Земли

  2. Самый большой белый карлик располагается в центре планетарной туманности М27 (NGC 6853), которая больше известна как туманность Гантель. Она находится в созвездии Лисички, на расстоянии около 1360 световых лет от нас. Ее центральная звезда больше, чем любой другой известный белый карлик, на данный момент.

    Туманность Гантель, также известная как M27

  3. Самый маленький белый карлик имеет неблагозвучное название GRW +70 8247 и находится примерно в 43 световых лет от Земли в созвездии Дракона. Его звездная величина около 13 и виден он только через большой телескоп.
  4. Срок жизни белого карлика зависит от того, как медленно он будет остывать. Иногда на его поверхности накапливается достаточно газа и он превращается в сверхновую типа Ia. Продолжительность жизни весьма велика – миллиарды лет, а точнее 10 в 19 степени и даже больше. Большая продолжительность жизни связана с тем, что они очень медленно остывают и у них есть все шансы дожить до конца Вселенной. А время остывания пропорционально четвертой степени температуры.

    Перетекание вещества со звезды на белый карлик, рисунок художника

  5. Среднестатистический белый карлик размеры имеет в 100 раз меньше чем наше Солнце, а при плотности 29000 кг/кубический сантиметр, вес 1 кубического см равняется 29 тоннам. Но стоит учитывать, плотность может варьировать в зависимости от размеров, от 10*5 до 10*9 г/см3.
  6. Наше Солнце в конечной стадии превратится в белый карлик. Как бы грустно это не звучало, но масса нашей звезды не позволяет ей превратиться в нейтронную звезду или черную дыру. Солнце превратится в белого карлика и будет в таком виде существовать еще миллиарды лет. 
  7. Как превращается звезда в белый карлик? В основном все зависит от массы, давайте рассмотрим на примере нашего Солнца. Пройдет еще несколько миллиардов лет и Солнце начнет увеличиваться в размерах, превращаясь в красного гиганта, связанно это с тем, что весь водород выгорит в его ядре. После того, как водород выгорит начнется реакция синтеза гелия и углерода.

    Материалы по теме

    В результате этих процессов звезда становится нестабильной и возможно образование звездных ветров. Так как реакции горения более тяжелых элементов чем гелий, приводят к большему выделению тепла. При синтезе гелия, некоторым участкам, расширившейся внешней оболочки Солнца, удастся оторваться и вокруг нашей звезды сформируется планетарная туманность. В результате от нашей звезды в конечном итоге останется одно ядро и когда Солнце превратится в белый карлик внутри него уже не происходят термоядерные реакции.

  8. Планетарная туманность, которая образуется в результате расширения и сброса своих внешних оболочек часто очень ярко светится. Причина заключается в том, что оставшееся от звезды ядро (считай белый карлик) остывает очень медленно, а высокая температура поверхности в сотни тысяч и миллионы градусов по Кельвину, излучает, в основном, в далеком ультрафиолете. Газы туманности поглощая эти УФ кванты, переизлучают их в видимой части света, попутно поглотив часть энергии кванта и светят очень ярко, в отличии от остатка, который в видимом диапазоне очень тусклый.  

    Коллаж из 100 планетарных туманностей, по заверениям автора масштаб соблюден

Ответы на вопросы

  1. Чем отличается белый карлик от нейтронной звезды? Вся эволюция звезды основывается на первоначальной ее массе, от этого параметра и будет зависть ее светимость, продолжительность жизни и во что она превратится в конце. Для звезды массой 0,5-1,44 солнечной, жизнь закончится тем, что звезда расширится и превратится в красного гиганта, который сбросив свои внешние оболочки образует планетарную туманность оставит после себя лишь одно ядро, состоящее из вырожденного газа.

    Это упрощенный механизм того, как образуется белый карлик. Если масса звезды больше 1,44 массы Солнца (так называемый предел Чандрасекара, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса будет превышать его, то она станет нейтронной звездой.), то звезда израсходовав весь водород в ядре начинает синтез более тяжелых элементов, вплоть до железа. Дальнейший синтез элементов, которые тяжелее железа, невозможен т.к. требует больше энергии чем выделяется в процессе синтеза и ядро звезды коллапсирует в нейтронную звезду. Электроны срываются с орбит и падают в ядро, там сливаются с протонами и в итоге образуются нейтроны. Нейтронное вещество весит в сотни и миллионы раз больше чем любое другое.

  2. Отличие белого карлика и пульсара. Все те же самые отличия что и в случае с нейтронной звездой, только стоит учитывать, что пульсар (а это и есть нейтронная звезда) еще и очень быстро вращается, десятки раз в секунду, а период вращения белого карлика составляет, на примере звезды 40 Eri B, 5 часов 17 минут. Разница ощутима!

    Пульсар PSR J0348 +0432 — нейтронная звезда и белый карлик

  3. Из-за чего светятся белые карлики? Так термоядерные реакции уже не происходят все имеющееся излучение это тепловая энергия, так почему они светятся? По сути он медленно остывает, как раскаленное железо, которое сперва ярко белое, а затем краснеет. Вырожденный газ очень хорошо проводит тепло из центра и он остывает на 1% за сотни миллионов лет. Со временем остывание замедляется и он может просуществовать триллионы лет.
  4. Во что превращаются белые карлики? Возраст Вселенной слишком мал, для того чтобы могли образоваться, так называемые, черные карлики, конечной стадия эволюции. Так что видимых подтверждений у нас пока нет. На основе расчетов его остывания мы знаем лишь одно, что их продолжительность жизни, имеет поистине огромную, превышающую возраст Вселенной (13,7 млрд. лет) и теоретически составляющую триллионы лет.
  5. Существует ли белый карлик с сильным магнитным полем как у нейтронной звезды? Некоторые из них обладают мощными магнитными полями, гораздо сильнее, чем любые созданные нами на Земле. Например, сила магнитного поля на поверхности Земли составляет всего от 30 до 60 миллионных долей тесла, в то время как напряженность магнитного поля белого карлика может достигать 100 000 тесла.

    Магнетар, рисунок художника

    Но нейтронная звезда, обладает поистине сильным магнитным полем – 10*11 Тл и называется магнетаром! На поверхности некоторых магнетаров могут образовываться толчки, которые формируют колебания в звезде. Эти колебания часто приводят к огромным выбросам гамма-излучения магнетаром. Так, например, магнетар SGR 1900+14, который находится на расстоянии на 20 000 световых лет, в созвездии Орла, взорвался 27 августа 1998 г. Мощная вспышка гамма излучения была настолько сильной, что заставила выключить аппаратуру космического аппарата NEAR Shoemaker в целях ее сохранения.

Научно-популярный фильм о героях нашей статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 72726

Запись опубликована: 16.02.2014
Автор: Максим Заболоцкий

Представь Вселенную!

  • Расширенный
  • Базовый

Белый карлик — это то, чем становятся такие звезды, как Солнце, после того, как они израсходовали свое ядерное топливо. Ближе к концу стадии ядерного горения звезды этого типа выбрасывают большую часть своего внешнего материала, создавая планетарную туманность. Остается только горячее ядро ​​звезды. Это ядро ​​становится очень горячим белым карликом с температурой, превышающей 100 000 Кельвинов. Если только он не аккрецирует вещество от ближайшей звезды (см. Катаклизмические переменные), белый карлик остывает в течение следующего миллиарда лет или около того. Многие близлежащие молодые белые карлики были обнаружены как источники мягкого или низкоэнергетического рентгеновского излучения. В последнее время наблюдения в мягком рентгеновском и крайнем ультрафиолете стали мощным инструментом в изучении состава и структуры тонкой атмосферы этих звезд.

Представление художника об эволюции нашего Солнца (слева) через стадию красного гиганта (в центре) к белому карлику (справа).

Типичный белый карлик вдвое меньше Солнца по массе, но лишь немного больше Земли. Белый карлик размером с Землю имеет плотность 1 x 10 9 кг/м 3 . Сама Земля имеет среднюю плотность всего 5,4 х 10 3 кг/м 3 . Это означает, что белый карлик в 200 000 раз плотнее. Это делает белые карлики одним из самых плотных скоплений материи, уступая только нейтронным звездам.

Что внутри белого карлика?

Поскольку белый карлик не может создать внутреннее давление (например, из-за высвобождения энергии при синтезе, поскольку синтез прекратился), гравитация сжимает материю внутрь до тех пор, пока даже электроны, составляющие атомы белого карлика, не столкнутся друг с другом. В нормальных условиях одинаковые электроны (с одинаковым «спином») не могут занимать один и тот же энергетический уровень. Поскольку электрон может вращаться только двумя способами, только два электрона могут занимать один энергетический уровень. Это то, что известно в физике как принцип запрета Паули. В обычном газе это не проблема, потому что электронов недостаточно, чтобы полностью заполнить все энергетические уровни. Но у белого карлика плотность намного выше, и все электроны гораздо ближе друг к другу. Это называется «вырожденным» газом, что означает, что все энергетические уровни в его атомах заполнены электронами. Чтобы гравитация сжала белого карлика еще больше, она должна вытолкнуть электроны туда, куда они не могут попасть. Как только звезда вырождается, гравитация не может больше сжимать ее, потому что квантовая механика диктует, что больше нет места, которое можно было бы занять. Так что наш белый карлик выживает не благодаря внутреннему синтезу, а благодаря принципам квантовой механики, которые предотвращают его полный коллапс.

Вырожденная материя обладает и другими необычными свойствами. Например, чем массивнее белый карлик, тем он меньше. Это связано с тем, что чем больше масса белого карлика, тем сильнее должны сжиматься его электроны, чтобы поддерживать достаточное внешнее давление, чтобы поддерживать дополнительную массу. Однако существует предел массы белого карлика. Субрахманьян Чандрасекар обнаружил, что этот предел в 1,4 раза превышает массу Солнца. Это соответственно известно как «предел Чандрасекара».

С гравитацией на поверхности, в 100 000 раз превышающей земную, атмосфера белого карлика очень странная. Более тяжелые атомы в его атмосфере тонут, а более легкие остаются на поверхности. Некоторые белые карлики имеют атмосферу почти чистого водорода или гелия, самого легкого из элементов. Кроме того, гравитация притягивает атмосферу очень тонким слоем вокруг себя. Если бы это произошло на Земле, верхняя часть атмосферы находилась бы ниже вершин небоскребов.

Ученые предполагают, что под атмосферой многих белых карликов находится кора толщиной 50 км. На дне этой корки находится кристаллическая решетка из атомов углерода и кислорода. Поскольку алмаз — это всего лишь кристаллизованный углерод, можно провести сравнение между холодным углеродно-кислородным белым карликом и алмазом.

Последнее изменение: декабрь 2010 г.

Дополнительные ссылки
  • Опросите меня по этой теме
  • Прикольный факт на эту тему
  • Попробуйте это!
  • Часто задаваемые вопросы о белых карликах и других звездах
  • Вводная статья на эту тему.
  • Дайте мне дополнительные ресурсы
Связанные темы
  • Катаклизмические переменные
Для преподавателей
  • Стандарты NCTM и NSES
  • Буклет «Жизненный цикл звезд»
  • Покажите мне похожие планы уроков

Белый карлик | Определение, размер, масса, жизненные циклы и факты

белый карлик

Смотреть все медиа

Похожие темы:
Лимит Чандрасекара
карликовая звезда

Посмотреть весь связанный контент →

белый карлик , любой из класса слабых звезд, представляющих конечную точку эволюции звезд средней и малой массы. Белые карлики, названные так из-за белого цвета нескольких первых открытых, характеризуются малой светимостью, массой порядка Солнца и радиусом, сравнимым с земным. Из-за своей большой массы и малых размеров такие звезды представляют собой плотные и компактные объекты со средней плотностью, в 1 000 000 раз превышающей плотность воды.

Узнайте о различных типах звезд, классифицированных по массе и температуре: красные карлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые и коричневые карлики.

Просмотреть все видео к этой статье. при нормальном давлении газа белые карлики поддерживаются вырожденным давлением электронного газа в их недрах. Давление вырождения — это повышенное сопротивление, оказываемое электронами, составляющими газ, в результате звездного сжатия ( см. дегенеративный газ). Применение так называемой статистики Ферми-Дирака и специальной теории относительности к изучению равновесной структуры звезд белых карликов приводит к существованию соотношения масса-радиус, посредством которого белому карлику заданного размера приписывается уникальный радиус. масса; чем больше масса, тем меньше радиус. Кроме того, предсказывается существование предельной массы, выше которой не может существовать ни один стабильный белый карлик. Эта предельная масса, известная как предел Чандрасекара, составляет порядка 1,4 массы Солнца. Оба предсказания прекрасно согласуются с наблюдениями белых карликов.

Центральная область типичного белого карлика состоит из смеси углерода и кислорода. Это ядро ​​окружает тонкая оболочка гелия и, в большинстве случаев, еще более тонкий слой водорода. Очень немногие белые карлики окружены тонкой углеродной оболочкой. Астрономическим наблюдениям доступны только самые внешние звездные слои.

Белые карлики развиваются из звезд с начальной массой до трех-четырех масс Солнца или даже выше. После спокойной фазы горения водорода и гелия в ее ядре, разделенной первой фазой красного гиганта, звезда во второй раз становится красным гигантом. Ближе к концу этой второй фазы красного гиганта звезда теряет свою расширенную оболочку в результате катастрофического события, оставляя после себя плотное, горячее и яркое ядро, окруженное светящейся сферической оболочкой. Это фаза планетарной туманности. На протяжении всей своей эволюции, которая обычно занимает несколько миллиардов лет, звезда потеряет большую часть своей первоначальной массы из-за звездных ветров в гигантских фазах и из-за своей выброшенной оболочки. Оставшееся горячее ядро ​​​​планетарной туманности имеет массу 0,5–1,0 массы Солнца и в конечном итоге остынет, превратившись в белый карлик.

Белые карлики израсходовали все свое ядерное топливо и поэтому не имеют остаточных ядерных источников энергии. Их компактная структура также предотвращает дальнейшее гравитационное сжатие. Таким образом, энергия, излучаемая в межзвездную среду, обеспечивается остаточной тепловой энергией невырожденных ионов, составляющих ее ядро. Эта энергия медленно рассеивается наружу через изолирующую звездную оболочку, и белый карлик медленно остывает. После полного истощения этого резервуара тепловой энергии, процесс, который занимает еще несколько миллиардов лет, белый карлик перестает излучать и к тому времени достигает заключительной стадии своей эволюции и становится холодным и инертным звездным остатком. Такой объект иногда называют черным карликом.

Белые карлики иногда встречаются в двойных системах, как в случае белого карлика, компаньона самой яркой звезды ночного неба, Сириуса.