Белые карлики - звездные трупы, которые могут содержать массу Солнца в объеме Земли. Материя у них очень плотная и требует понимания, чтобы объединить законы специальной теории относительности и квантовой механики. Теперь мы можем экспериментально изучить состояние такой материи, сжимая атомы в почти миллиарда атмосфер с помощью лазеров.
Как эволюционируют звезды?
Звезды рождаются, живут и умирают. Их история задается их начальной массой, определяющей термоядерные реакции в материи и типы ядер, которые они будут синтезировать, прежде чем прекратить свое существование, как белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры.
Большинство звезд в Млечном Пути - карлики. Больше красных, например: Проксима Центавра или Траппист 1. Есть также много желтых карликов, подобных нашему Солнцу. Все они разделят общую судьбу со звездами с массой менее восьми солнечных атмосфер и не станут сверхновыми II. Однако они в конечном итоге умрут, истощив свое ядерное топливо, и затем превратятся в белых карликов, как только термоядерные реакции станут невозможными.
Этапы эволюции звезды
На этом все не остановится, и если они смогут кристаллизоваться, охлаждение даст алмазы из их ядра размером с Землю. Некоторые из них станут сверхновыми типа Ia в паре в двоичной системе.
Астрономы сделали открытие белых карликов в 18 веке, но они еще тогда не понимали, насколько экзотичны данные звезды до самого начала 20 века, когда стала известна их необычайная плотность. Величина порядка тонны на кубический сантиметр действительно была выведена из наблюдений за такими звездами, как Сириус Б.
Последняя работа по этому вопросу представлена в статье, в которой описаны эксперименты, проведенные с лазерными лучами, доступными в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), где расположен один из самых мощных источников лазерного света на Земле вместе с Национальным центром зажигания (NIF), который используется, в частности, для проведения экспериментов по управляемому инерционному термоядерному синтезу. Там также проводятся эксперименты с высоким давлением для исследования недр планет-гигантов, таких как Юпитер.
Через 6 млрд. лет Солнце станет белым карликом. Марс и внешние газовые гиганты уцелеют, а вот Земля, Венера и Меркурий могут погибнуть еще на этапе красного гиганта
Исследователи хотели уточнить уравнение состояния материи внутри подкласса белых карликов, идентифицированного в начале 2000-х годов. Напомним, что в спектроскопии белые карлики образуют класс D спектральной классификации звезд. Они разделены на несколько подклассов - DA, DB, DC, DO, DQ и DZ - в соответствии с характеристиками их спектра. Иисследования были сосредоточены на классе DQ, который отличается беднотой водорода и гелием, в отличие от большинства белых карликов, но особенно богат углеродом.
В проведенных экспериментах физики использовали одномиллиметровый сферический образец соединения на основе углерода, известного как метилидин (CH), пример карбина, обозначающего в химии одновалентный углеродный радикал. Его поместили в крошечный золотой цилиндр, похожий на те, которые использовались для плавления. Отверстия на обоих концах цилиндра позволяют проникать лазерным лучам, которые нагревают внутренние стенки. Они испускают интенсивные рентгеновские лучи, которые обеспечивают микробаллоном энергию, необходимую для его сжатия и нагрева. Небольшая полимерная оболочка, окружающая метилидин, быстро сублимируется; материал, испаряемый лазерами, оказывает в ответ силу сжатия, доводя радикалы CH до почти 3,5 миллионов градусов и давлений в диапазоне от 100 до 450 миллион атмосфер. Явление возникло в результате слияния ударных волн, движущихся со скоростью от 150 до 220 километров в секунду и проходящих через образец примерно за девять наносекунд.
Понимание и изучение природы и происхождения белых карликов стало возможным только менее чем за столетие после работ физика Ральфа Фаулера и астрофизика Субраманяна Чандрасекара. Фаулер первым понял, что совершенно новая квантовая статистическая механика, открытая его коллегой Полем Дираком в конце 1920-х годов (который теоретически предсказал существование антивещества примерно в то же время), описывает вырожденный газ из электронов, и на жаргоне физики может объяснить существование этих звезд. Быстро возобновив работу Фаулера в начале 1930-х годов, очень молодой Субраманян Чандрасекар (тогда ему было 20 лет) пришел к идее ввести эффекты специальной теории относительности и заложил основы звездной структуры.
Детали, полученные в уравнении состояния вещества в карликах DQ, должны позволить нам лучше понять пульсации, которые мы наблюдаем у белых карликов.
