BALTAIS PUNDURIS: RAKSTUROJUMS, SASTĀVS, VEIDOJUMS, VEIDI - ARTE - 2024

Baltais punduris ir zvaigzne pēdējos posmos evolūcijas, kas jau izmanto up visu ūdeņradi tās centrā, kā arī degvielu savā iekšējā reaktorā. Šādos apstākļos zvaigzne atdziest un satriecoši saraujas sava smaguma dēļ.

Tam ir saglabāts tikai siltums tā pastāvēšanas laikā, tāpēc savā ziņā baltais punduris ir tāds kā cilvēks, kas paliek pēc kolosālā ugunskura izlikšanas. Paies miljoniem gadu, pirms pēdējā siltuma izelpa to atstās, pārvēršot to par aukstu un tumšu priekšmetu.

1. attēls. Binārās sistēmas Sirius A (galvenā zvaigzne) un Sirius B (baltais punduris) tuvplāns rentgena staros, ko uzņēmis Čandra. Avots: Wikimedia Commons.

Atklājums

Lai gan tagad ir zināms, ka tie ir bagātīgi, tos nekad nebija viegli pamanīt, jo tie ir ārkārtīgi mazi.

Pirmo balto punduri Viljams Heršels atklāja 1783. gadā kā daļu no Eridani zvaigžņu sistēmas 40 Eridano zvaigznājā, kura spožākā zvaigzne ir Achernar, ziemā redzama uz dienvidiem (ziemeļu puslodē).

40 Eridani veido trīs zvaigznes, viena no tām, 40 Eridane A. ir redzama ar neapbruņotu aci, bet 40 Eridani B un 40 Eridani C ir daudz mazāki. B ir balts punduris, savukārt C ir sarkans punduris.

Gadus vēlāk, pēc 40 Eridani sistēmas atklāšanas, vācu astronoms Frīdrihs Besels 1840. gadā atklāja, ka Siriusam, kas ir Canis Major spožākā zvaigzne, ir diskrēts pavadonis.

Besela novēroja nelielas Sīriusa trajektorijas tuvojošās vietas, kuru izskaidrojums nevarēja būt citas mazas zvaigznes tuvums. To sauca par Sirius B, apmēram 10 000 reižu blāvāku par lielisko Sirius A.

Izrādījās, ka Sirius B bija tikpat mazs vai mazāks nekā Neptūns, bet ar neticami augstu blīvumu un virsmas temperatūru 8000 K. Un tā kā Sirius B starojums atbilst baltajam spektram, tas kļuva pazīstams kā “baltais punduris”.

Un no šī brīža katru zvaigzni ar šīm īpašībām sauc par to, lai arī baltie punduri var būt arī sarkani vai dzelteni, jo tiem ir dažādas temperatūras, visbiežāk sastopamās ir baltas.

raksturojums

Saskaņā ar Sloan Digital Sky Survey (SDSS) projektu, kas veltīts detalizētu zināmā Visuma trīsdimensiju karšu sastādīšanai, līdz šim ir dokumentētas aptuveni 9000 zvaigznes, kas klasificētas kā baltie punduri. Kā jau teicām, to vājā spožuma dēļ tos nav viegli atklāt.

Saules tuvumā ir diezgan daudz balto punduru, daudzus no tiem 20. gadsimta sākumā atklāja astronomi G. Kuipers un W. Luyten. Tāpēc tā galvenās īpašības ir salīdzinoši viegli izpētītas saskaņā ar pieejamo tehnoloģiju.

Visizcilākie ir:

- mazs izmērs, salīdzināms ar planētu.

- Liels blīvums.

- zems gaismas spīdums.

- temperatūru diapazonā no 100000 līdz 4000 K.

- Viņiem ir magnētiskais lauks.

- Viņos valda ūdeņraža un hēlija atmosfēra.

- intensīvs gravitācijas lauks.

- Zems enerģijas zudums starojuma dēļ, tāpēc tie atdziest ļoti lēni.

Pateicoties temperatūrai un spilgtumam, ir zināms, ka to rādiuss ir ļoti mazs. Baltais punduris, kura virsmas temperatūra ir līdzīga Saulei, tik tikko izstaro tūkstošdaļu no tā gaismas. Tāpēc pundura virsmai jābūt ļoti mazai.

2. attēls. Sirius B un planētas Venēra ir aptuveni vienāds diametrs. Atzīmēts

Šī augstas temperatūras un mazā rādiusa kombinācija padara zvaigzni baltu, kā minēts iepriekš.

Runājot par to struktūru, tiek spekulēts, ka tiem ir kristāliska rakstura ciets kodols, ko gāzveida stāvoklī ieskauj matērija.

Tas ir iespējams, pateicoties secīgām pārvērtībām, kas notiek zvaigznes kodolreaktorā: no ūdeņraža uz hēliju, no hēlija uz oglekli un no oglekļa uz smagākiem elementiem.

Tā ir reāla iespēja, jo temperatūra pundurkodolā ir pietiekami zema, lai pastāvētu tik ciets kodols.

Faktiski nesen tika atklāts baltais punduris, kam, domājams, ir 4000 km diametra rombveida kodols, kas atrodas Alfa Kentauru zvaigznājā 53 gaismas gadu attālumā no Zemes.

Balto punduru blīvums

Jautājums par balto punduru blīvumu izraisīja lielu sašutumu astronomu vidū 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā. Aprēķini norādīja uz ļoti lielu blīvumu.

Baltajam pundurim var būt masa, kas līdz 1,4 reizes pārsniedz mūsu Sauli, saspiesta līdz Zemes lielumam. Tādā veidā tā blīvums ir miljons reizes lielāks nekā ūdens blīvums un tieši tas uztur balto punduri. Kā tas ir iespējams?

Kvantu mehānika apgalvo, ka tādas daļiņas kā elektroni var aizņemt tikai noteiktus enerģijas līmeņus. Pastāv arī princips, kas ierobežo elektronu izvietojumu ap atoma kodolu: Pauli izslēgšanas princips.

Saskaņā ar šo matērijas īpašību diviem elektroniem vienā sistēmā nav iespējams būt vienādam kvantu stāvoklim. Un turklāt parastajās lietās ne visi pieļaujamie enerģijas līmeņi parasti ir aizņemti, tikai daži ir.

Tas izskaidro, kāpēc sauszemes vielu blīvums ir tikai daži grami uz kubikcentimetru.

Deģenerēta matērija

Katrs enerģijas līmenis aizņem noteiktu tilpumu, lai reģions, kas aizņem vienu līmeni, nepārklājas ar citu līmeni. Tādā veidā divi līmeņi ar vienādu enerģiju var pastāvēt bez problēmām, ja vien tie nepārklājas, jo ir deģenerācijas spēks, kas to novērš.

Tas rada sava veida kvantu barjeru, kas ierobežo matērijas saraušanos zvaigznē, radot spiedienu, kas kompensē gravitācijas sabrukumu. Tas saglabā baltā pundura integritāti.

Tikmēr elektroni aizpilda visas iespējamās enerģijas pozīcijas, ātri piepildot zemākās un tikai tās, kurām ir pieejamākā enerģija.

Šajos apstākļos, kad ir aizņemti visi enerģijas stāvokļi, matērija atrodas tādā stāvoklī, ka fizikā to sauc par deģenerācijas stāvokli. Saskaņā ar izslēgšanas principu tas ir maksimālā iespējamā blīvuma stāvoklis.

Bet tā kā nenoteiktība elektronu stāvoklī △ x ir minimāla, pateicoties Heizenberga nenoteiktības principam lielā blīvuma dēļ, lineārā momenta △ p nenoteiktība būs ļoti liela, lai kompensētu △ x mazumu un izpildītu Tātad:

△ x △ p ≥ ћ / 2

Kur ћ ir h / 2π, kur h ir Planka konstante. Tādējādi elektronu ātrums tuvojas gaismas ātrumam un palielinās viņu radītais spiediens, jo palielinās arī sadursmes.

Šis kvantu spiediens, ko sauc par Fermi spiedienu, nav atkarīgs no temperatūras. Tāpēc baltajam pundurim var būt enerģija jebkurā temperatūrā, ieskaitot absolūto nulli.

Evolūcija

Pateicoties astronomiskajiem novērojumiem un datorsimulācijām, tādas tipiskas zvaigznes kā mūsu Saule veidošanos veic šādi:

- Pirmkārt, gāzes un kosmiskie putekļi, kas bagātīgi satur ūdeņradi un hēliju, pateicoties gravitācijas spēkam, kondensējas, lai radītu protostāru - jaunu zvaigžņu objektu. Protostar ir strauji sarūkoša sfēra, kuras temperatūra miljonu gadu laikā pakāpeniski paaugstinās.

- Kad ir sasniegta kritiskā masa un, temperatūrai paaugstinoties, kodolreaktoru ieslēdz zvaigznī. Kad tas notiek, sākas ūdeņraža saplūšana un zvaigzne pievienojas tā sauktajai galvenajai secībai (sk. 3. attēlu).

- Pēc laika ūdeņradis kodolā tiek izsmelts un sākas ūdeņraža aizdegšanās zvaigznes attālākajos slāņos, kā arī hēlija kodolā.

- Zvaigzne izplešas, palielinoties spilgtumam, pazeminoties temperatūrai un kļūstot sarkanai. Šī ir sarkanā milzu fāze.

- Zvaigžņu ārējie slāņi ir atdalīti, pateicoties zvaigžņu vējam, un veido planētu miglāju, kaut arī tajā nav planētu. Šis miglājs ieskauj zvaigznes kodolu (daudz karstāks), kurš, tiklīdz ir izsmelta ūdeņraža rezerve, sāk sadedzināt hēliju, veidojot smagākus elementus.

- Miglājs izklīst, atstājot sākotnējās zvaigznes sašaurināto kodolu, kas kļūst par baltu punduri.

Kaut arī kodolsintēze ir pārtraukta, neskatoties uz to, ka tajā joprojām ir materiāli, zvaigznei joprojām ir neticami siltuma rezerves, kas ļoti lēni izstaro ar radiācijas palīdzību. Šī fāze ilgst ilgu laiku (apmēram 10 ¹⁰ gadus, aprēķinātais Visuma vecums).

- Pēc aukstuma tā izstarotā gaisma pilnībā izzūd, un baltais punduris kļūst par melnu punduri.

Zvaigžņu dzīves cikls. Avots: Wikimedia Commons. RN Beilijs

Saules evolūcija

Visticamāk, mūsu Saule savu īpašību dēļ iet cauri aprakstītajiem posmiem. Mūsdienās Saule ir pieauguša zvaigzne galvenajā secībā, bet visas zvaigznes to atstāj kādā brīdī, agrāk vai vēlāk, kaut arī tur lielāko daļu savas dzīves pavada.

Būs vajadzīgs daudzu miljonu gadu, līdz tas iekļūs nākamajā sarkano milzu posmā. Kad tas notiks, Zeme un citas iekšējās planētas tiks absorbētas uzlecošās Saules ietekmē, taču pirms tam okeāni, visticamāk, būs iztvaikojuši, un Zeme būs kļuvusi par tuksnesi.

Ne visas zvaigznes iziet cauri šiem posmiem. Tas ir atkarīgs no tā masas. Tiem, kas ir daudz masīvāki par Sauli, ir daudz iespaidīgākas beigas, jo tie nonāk kā supernovas. Atlikums šajā gadījumā var būt savdabīgs astronomisks objekts, piemēram, melnais caurums vai neitronu zvaigzne.

Chandrasekhar robeža

1930. gadā 19 gadus vecs hinduistu astrofiziķis ar nosaukumu Subrahmanyan Chandrasekhar noteica kritiskās masas esamību zvaigznēs.

Zvaigzne, kuras masa ir mazāka par šo kritisko vērtību, seko baltā pundura ceļam. Bet, ja viņa masa pārsniedz virsotni, viņa dienas beidzas ar kolosālu sprādzienu. Šī ir Čandrasehara robeža un ir aptuveni 1,44 reizes lielāka par mūsu Saules masu.

To aprēķina šādi:

Šeit N ir elektronu skaits vienā masas vienībā, ћ ir Planka konstante, dalīta ar 2π, c ir gaismas ātrums vakuumā un G ir universālā gravitācijas konstante.

Tas nenozīmē, ka zvaigznes, kas lielākas par Sauli, nevar kļūt par baltajiem punduriem. Visu uzturēšanās laiku galvenajā secībā zvaigzne nepārtraukti zaudē masu. Tā tas notiek arī sarkanā milzu un planētu miglāja stadijā.

No otras puses, savulaik pārvērtusies par baltu punduri, zvaigznes spēcīgais gravitācijas spēks var piesaistīt masu no citas tuvumā esošas zvaigznes un palielināt savu. Tiklīdz ir pārsniegts Čandrasekharas ierobežojums, pundura - un otras zvaigznes - gals var nebūt tik lēns kā šeit aprakstītais.

Šis tuvums var atkārtoti iedarbināt izmirušo kodolreaktoru un izraisīt milzīgu supernovas eksploziju (supernovas Ia).

Sastāvs

Kad ūdeņradis zvaigznes kodolā ir pārveidots par hēliju, tas sāk sakausēt oglekļa un skābekļa atomus.

Un, kad savukārt hēlija rezerves ir izsmeltas, balto punduri galvenokārt veido ogleklis un skābeklis, un dažos gadījumos neons un magnijs, ar nosacījumu, ka kodolā ir pietiekami daudz spiediena, lai sintezētu šos elementus.

4. attēls. Zvaigzne AE Aquarii ir pulsējošs balts punduris. Avots: NASA, izmantojot Wikimedia Commons.

Iespējams, ka pundurā ir plāna hēlija vai ūdeņraža atmosfēra, jo, tā kā zvaigznes virsmas gravitācija ir augsta, smagie elementi mēdz uzkrāties centrā, atstājot gaišākos uz virsmas.

Dažos punduros pat ir iespējams sakausēt neona atomus un radīt cietus dzelzs kodolus.

Apmācība

Kā mēs teicām iepriekšējos punktos, baltais punduris veidojas pēc tam, kad zvaigzne ir noplicinājusi savu ūdeņraža rezervi. Tad tas uzbriest un izplešas, un pēc tam izvada matēriju planēta miglāja formā, atstājot kodolu iekšpusē.

Šis kodols, kas sastāv no deģenerētas matērijas, ir tas, ko sauc par balto punduru zvaigzni. Kad tās kodolsintēzes reaktors ir izslēgts, tas saraujas un lēnām atdziest, zaudējot visu siltumenerģiju un gaismas intensitāti.

Balto punduru veidi

Lai klasificētu zvaigznes, ieskaitot baltos pundurus, tiek izmantots spektrālais tips, kas savukārt ir atkarīgs no temperatūras. Rūķu zvaigznīšu nosaukšanai tiek izmantots lielais D burts, kam seko viens no šiem burtiem: A, B, C, O, Z, Q, X. Šie citi burti: P, H, E un V apzīmē vēl vienu raksturlielumu virkni, daudz konkrētāk.

Katrs no šiem burtiem apzīmē redzamu spektra iezīmi. Piemēram, DA zvaigzne ir balts punduris, kura spektrā ir ūdeņraža līnija. Un DAV pundurim ir ūdeņraža līnija, un turklāt V norāda, ka tā ir mainīga vai pulsējoša zvaigzne.

Visbeidzot, burtu sērijai pievieno skaitli no 1 līdz 9, lai norādītu temperatūras indeksu n:

n = 50400 / efektīvā zvaigzne T

Cita balto punduru klasifikācija ir balstīta uz to masu:

- Apmēram 0,5 M saules

- Vidējā masa: no 0,5 līdz 8 reizēm M Sol

- Starp Saules masu no 8 līdz 10 reizēm.

Balto punduru piemēri

- Sirius B zvaigznājā Can Major, nakts debesīs spožākās zvaigznes Sirius A pavadonis. Tas ir vistuvākais baltais punduris no visiem.

- AE Aquarii ir balts punduris, kas izstaro rentgena impulsus.

- 40 Eridani B, tālie 16 gaismas gadi. Tas ir novērojams ar teleskopu

- HL Tau 67 pieder Vērša zvaigznājam un ir mainīgs baltais punduris, pirmais šāda veida tips.

- DM Lyrae ir daļa no binārās sistēmas un ir baltais punduris, kas 20. gadsimtā eksplodēja kā nova.

- WD B1620 ir baltais punduris, kas pieder arī binārai sistēmai. Zvaigžņu pavadone ir pulsējoša zvaigzne. Šajā sistēmā ir planēta, kas riņķo ap tām abām.

- Procyon B, Procyon A pavadonis mazā suņa zvaigznājā.

5. attēls. Procyon binārā sistēma, baltais punduris ir niecīgs punkts labajā pusē. Avots: Džuzepe Donatiello, izmantojot Flickr.

Atsauces

1. Carroll, B. Ievads mūsdienu astrofizikā. 2. Izdevums. Pīrsons.
2. Martínez, D. Zvaigžņu evolūcija. Atgūts no: Google grāmatas.
3. Olaizola, I. Baltie punduri. Atgūts no: telesforo.aranzadi-zientziak.org.
4. Osters, L. 1984. Mūsdienu astronomija. Redakcijas reverss.
5. Wikipedia. Baltie punduri. Atgūts no: es. wikipedia.org.
6. Wikipedia. Balto punduru saraksts. Atgūts no vietnes en.wikipedia.org.