V-kosmose.com

Белый карлик — мертвый остаток звезды

Белый карлик - мертвый остаток звезды

Помните про красных гигантов? Только те звезды заканчивают, как красные гиганты, которые: по крайней мере, 1/3 массы нашего Солнца, или у них может быть такая же масса как у нашего Солнца, или в 8 раз больше нашего Солнца.

С учетом этих цифр 97% всех звезд, присутствующих в нашей галактике Млечный Путь, станут красными гигантами, включая даже наше Солнце!

Вопрос в другом – «что происходит после состояния красного гиганта?».

После того, как красный гигант избавится от внешних слоев в виде планетарной туманности, остается центральное ядро, богатое углеродом и кислородом. Поскольку размер остаточного ядра недостаточно велик, ядро ​​не может создать температуру, необходимую для синтеза атомов углерода. Требуемая температура чрезвычайно высока – 1 миллиард Кельвин.

Хотя температура не достигает такой высокой отметки, ядро ​​всё еще горячее (около 100 000 Кельвинов), и оно просто висит в огромной Вселенной и постепенно охлаждается.  Пока ядро охлаждается, оно продолжает излучать слабый белый свет вместе с низкоэнергетическим мягким рентгеновским излучением. Это объясняет имя звезды – белый карлик.

Этапы эволюции звезды

Этапы эволюции звезды

Процесс охлаждения происходит в течение следующих сотен миллиардов лет (его лучше называть вечностью). После того, как все тепло, захваченное в остаточном ядре, выделяется в космосе, ядро ​​перестает излучать свет и становится абсолютно темным, или по-другому – черный карлик.

Хоть мы и зовем ее «карлик», но на самом деле белый карлик обычно размером с Землю. С точки зрения массы, у белого карлика та же масса, что и у нашего Солнца. Итак, общая масса Солнца сжата и помещена в объект размером с Землю. И по итогу, белый карлик становится очень плотным. Максимальная масса белого карлика составляет 1,4 солнечных масс (это в 1,4 раза больше массы нашего Солнца). Это называется предел Чандрасекара. Просто знайте, что механизм, который предотвращает коллапс белых карликов из-за их собственной гравитации не может поддерживать массу, превышающую 1,4 Солнечной Массы (M☉). Этот механизм называется давлением электронного вырождения.

Минимально возможная масса у белого карлика равна 0,17 M☉. У большинства белых карликов масса в диапазоне от 0,5 до 0,7 M☉. Просто в перспективе, если нам удастся отобрать чайную ложку вещества из белого карлика, она будет весить до 5,5 тонн - почти эквивалентно весу слона!

Туманность Эскимоса - один из последних этапов эволюции небольшой звезды

Туманность Эскимоса - один из последних этапов эволюции небольшой звезды

Логично, что черные карлики образованы из белых карликов. Однако найти черного карлика практически невозможно. Почему? Ученые говорят, что возраст всей Вселенной, как мы знаем сегодня, составляет 13,8 миллиардов лет. Белому карлику могут потребоваться сотни миллиардов лет, чтобы остыть и стать черным карликом. Поскольку сама наша Вселенная не старая, до настоящего времени практически не было образовано черных карликов.

Белый карлик может быть сформирован из звезды, которая первоначально имела меньше половины массы нашего Солнца. Такой белый карлик образуется после того, как водород выгорел, а ядро ​​осталось с гелием. Однако температура недостаточно высока, чтобы начать превращать гелий в углерод и кислород. Так что больше ничего не произойдет.

Второй вариант формирования белых карликов происходит от звезд главной последовательности, которые первоначально имели массу где-то между 0,5 и 8 M☉. После того, как исходный водород сгорел, массы и температуры достаточно, чтобы вызвать слияние гелия с углеродом и кислородом. Однако, когда гелий сгорает, температуры недостаточно для запуска синтеза углерода в неон. Таким образом, ядро ​​становится богатым углеродом, завернутым в тонкий слой горящего гелия, который в свою очередь покрыт внешним слоем горящего водорода.

Изображение сверхновой

Изображение сверхновой

Третья вариация формирования белых карликов происходит от звезд главной последовательности с первоначальной массой где-то между 8 и 10 M☉. Белый карлик, образованный из такой звезды, будет иметь достаточную температуру, чтобы начать слияние углерода с гелием, а затем снова останется с такой температурой, чтобы начать слияние неона с железом. Полученное таким образом железо будет двигаться к самому центру белого карлика.

В течение миллиардов лет железо производится путем синтеза неона. В центре не будет достаточно температуры, чтобы сплавиться с более тяжелым элементом. Таким образом, ядро ​​без слияния просто продолжает расти. В конце концов, оно становится настолько большим, что внешнее давление вырождения электронов, которое предотвращает коллапс белого карлика на себе, не сможет противостоять внутреннему гравитационному притяжению железного ядра.

Это когда ​​разрушится ядро, а затем взорвется как сверхновая. После взрыва останется либо черная дыра, либо нейтронная звезда, либо гораздо более компактная звезда, более экзотическая, чем любая известная нам форма!

В то время как у белых карликов температура ядра составляет около 100 000 Кельвинов, температура на поверхности намного ниже – около 10 000 Кельвинов. Эта низкая температура может обеспечить обитаемую зону на расстоянии от 0,005 до 0,02 AЕ (AЕ – астрономическая единица). Одна астрономическая единица - расстояние между нашим Солнцем и Землей. Некоторые предполагают, что, если такая обитаемая зона существует, жизнь там может продолжаться не менее 3 миллиардов лет.

Инопланетные формы жизни могут создать сферу Дайсона вокруг белого карлика

Инопланетные формы жизни могут создать сферу Дайсона вокруг белого карлика

Согласно этой гипотезе, планеты, подобные Земле, могут образовывать или мигрировать внутрь на это расстояние и создавать обитаемую зону. Однако некоторые ученые говорят, что такая близость может привести к экстремальным приливным силам, которые, в свою очередь, могут вызвать парниковые эффекты, достаточно сильные, чтобы сделать планету пригодной для жизни.

Возможно, белый карлик может быть сформирован в двойной звездной системе. В таком случае, если белый карлик втягивает (аккрецирует) вещество из звезды-компаньона, масса, а также его плотность будут увеличиваться и вызывать реакцию слияния в ядре. Реакция начнется со взрыва, и в конце концов, белый карлик будет понижен до состояния нейтронной звезды.

Другая гипотеза гласит, что в модели близкой двойной звезды обе звезды могут быть белыми карликами и обе могут излучать энергию. Излучаемая таким образом энергия принимает форму гравитационных волн, которые притягивают обоих белых карликов все ближе и ближе, и в конечном итоге они сливаются в одну звезду.