Kad aplūkojam nakts debesis, mums šķiet, ka visas zvaigznes ir vienādas. Cilvēka acs ar lielām grūtībām atšķir redzamu gaismu, ko izstaro tālās debess ķermeņi. Zvaigzne, kas joprojām ir tikko redzama, var būt jau sen nodzēsta, un mēs redzam tikai tās gaismu. Katra no zvaigznēm dzīvo savu dzīvi. Daži spīd pat baltu gaismu, citi izskatās kā spilgti punktiņi, kas pulsē neona gaismu. Vēl citi ir blāvi kvēlojoši plankumi, kas tikko redzami debesīs.
Katra no zvaigznēm paliek noteiktā tās attīstības stadijā un laika gaitā pārvēršas par citas klases debesu ķermeni. Spilgta un žilbinoša punkta vietā nakts debesīs parādās jauns kosmosa objekts - balts punduris - novecošanās zvaigzne. Šis evolūcijas posms ir raksturīgs vairumam parasto zvaigznes. Neizvairieties no līdzīga likteņa un mūsu saules.
Kas ir balts punduris: zvaigzne vai fantoma?
Tikai nesen, 20. gadsimtā, zinātniekiem kļuva skaidrs, ka balts punduris ir viss, kas paliek telpā no parastās zvaigznes. Zvaigznes izpēte no termoelektriskās fizikas viedokļa deva priekšstatu par procesiem, kas dusmas debesu ķermeņu dziļumā. Zvaigznes, kas veidojas gravitācijas spēku mijiedarbības rezultātā, ir kolorāls kodolreaktors, kurā pastāvīgi rodas ūdeņraža un hēlija kodolu sadalīšanās ķēdes reakcijas. Šādās sarežģītās sistēmās komponentu evolūcija nav vienāda. Milzīgas ūdeņu rezerves nodrošina milzīgo gadu dzīvi zvaigznei. Hidroķīmiskās reakcijas veicina hēlija un oglekļa veidošanos. Pēc termiskās kodolsintēzes ir spēkā termodinamikas likumi.
Kad zvaigzne ir patērējusi visu ūdeņradi, tā kodols gravitācijas spēku ietekmē un milzīgs iekšējais spiediens sāk sarukt. Zaudējot galveno apvalka daļu, debess ķermenis sasniedz zvaigznes masas robežu, kurā tas var pastāvēt kā balts punduris, kam nav enerģijas avotu, turpinot izstarot siltumu ar inerci. Faktiski baltie punduri ir zvaigznes no sarkanās milži un supergiantiem, kas ir zaudējuši ārējo apvalku.
Termomuculārā kodolsintēze noņem zvaigznes. Ūdeņradis izžūst, un hēlijs kā masīvāks komponents var attīstīties tālāk, sasniedzot jaunu stāvokli. Tas viss noved pie tā, ka sākumā sarkanie milži veidojas parastās zvaigznes vietā, un zvaigzne atstāj galveno secību. Tādējādi, debesu ķermenis, pakāpeniski pārveidojot tās lēnās un neizbēgamas novecošanas ceļu. Zvaigznes vecums ir garš ceļš uz nepastāvību. Tas viss notiek ļoti lēni. Balts punduris ir debess ķermenis, ar kuru ārpus galvenās secības notiek nenovēršams izzušanas process. Hēlija sintēzes reakcija noved pie tā, ka novecošanās zvaigzne samazinās, zvaigzne beidzot zaudē apvalku.
Balto punduru evolūcija
Ārpus galvenās secības zvaigzne izzūd. Smaguma ietekmē sarkanās milži un supergianti silda gāzi visā Visumā, veidojot jaunu planētu miglāju. Pēc simtiem tūkstošu gadu miglājs ir izkliedēts un savā vietā paliek sarkanā baltā giganta deģenerētā kodols. Šāda objekta temperatūra ir diezgan augsta no 90000 K, novērtējot no spektra absorbcijas līnijas un līdz 130 000 K, kad novērtēšanu veic rentgena spektrā. Tomēr tā nelielā izmēra dēļ debess ķermeņa atdzišana notiek ļoti lēni.
Šim zvaigžņotās debess attēlam, ko mēs novērojam, ir desmit gadu vecums līdz simtiem miljardu gadu. Ja mēs redzam balto punduri, kosmosā jau var būt cits debess ķermenis. Zvaigzne pārcēlās uz melno rūķu klasi, pēdējo evolūcijas posmu. Patiesībā zvaigznes vietā paliek materiāla receklis, kura temperatūra ir vienāda ar apkārtējās vides temperatūru. Šī objekta galvenā iezīme ir redzamas gaismas pilnīga neesamība. Lai pamanītu šādu zvaigzni parastā optiskā teleskopā, tas ir diezgan grūti, jo ir zems spilgtums. Galvenais kritērijs balto punduru atklāšanai ir augstas jaudas ultravioletā starojuma un rentgena staru klātbūtne.
Visi zināmie baltie punduri, atkarībā no to spektra, ir sadalīti divās grupās:
- ūdeņraža objekti, DA spektrālā klase, kuras spektrā nav hēlija līniju;
- hēlija punduri, spektrālās klases DB. Galvenās spektra līnijas ir hēlijā.
Lielākā daļa iedzīvotāju ir ūdeņraža veida baltie punduri, līdz 80% no visiem pašreizējiem šāda veida objektiem. Hēlija punduri veido atlikušos 20%.
Attīstības posms, kā rezultātā parādās balts punduris, ir pēdējais, kas nav masīvās zvaigznes, kas ietver mūsu zvaigzni, Sauli. Šajā posmā zvaigznei ir šādas īpašības. Neskatoties uz tik mazu un kompaktu zvaigznes izmēru, tās zvaigžņu materiāls sver tik daudz, cik nepieciešams tās pastāvēšanai. Citiem vārdiem sakot, baltiem punduriem, kuru rādiuss ir 100 reizes mazāks par saules diska rādiusu, masa ir vienāda ar saules masu vai pat sver vairāk nekā mūsu zvaigzne.
Tas liek domāt, ka baltā pundura blīvums ir miljoniem reižu lielāks nekā parastās zvaigznes, kas atrodas galvenajā secībā. Piemēram, mūsu zvaigznes blīvums ir 1,41 g / cm³, bet balto punduru blīvums var sasniegt milzīgas vērtības - 105-110 g / cm3.
Ja to pašu enerģijas avotu nav, šādi priekšmeti pakāpeniski atdziest, tiem ir zema temperatūra. Balto punduru virsmā temperatūra bija robežās no 5000 līdz 50000 Kelvina grādiem. Jo vecāks zvaigzne, jo zemāka temperatūra.
Piemēram, spilgtākās zvaigznes kaimiņš mūsu debesīs Sirius A, baltā punduris Sirius B, virsmas temperatūra ir tikai 2100 Kelvina grādi. Šajā debess ķermenī ir daudz karstāks, gandrīz 10 000 ° K. Sirius B bija pirmais baltais punduris, ko atklāja astronomi. Pēc Sirius B atklāto balto punduru krāsa izrādījās tikpat balta kā iemesls šim nosaukumam piešķirt šai zvaigžņu klasei.
Pēc gaismas spilgtuma Sirius A ir 22 reizes lielāks par mūsu Saules spilgtumu, savukārt viņa māsa Sirius B spīd ar blāvu gaismu, kas ir ievērojami zemāka par spilgtu kaimiņu. Bija iespējams noteikt baltā pundura klātbūtni, pateicoties Siriusa attēliem, ko veica Chandra rentgena teleskops. Baltajiem punduriem nav izteikta gaismas spektra, tāpēc šīs zvaigznes tiek uzskatītas par pietiekami aukstiem kosmiskiem objektiem. Infrasarkanajā un rentgenstaru diapazonā Sirius B spīd daudz spilgtāk, turpinot izstarot milzīgu siltumenerģijas daudzumu. Atšķirībā no parastajām zvaigznēm, kur korona ir rentgena viļņa avots, baltais punduris ir fotosfēras starojuma avots.
Būtība, ka šīs zvaigznes nenotiek galvenajā secībā, nav visizplatītākie objekti Visumā. Mūsu galaktikā balto punduru īpatsvars veido tikai 3-10% no debess ķermeņiem. Šai mūsu galaktikas zvaigžņu populācijas daļai aplēses nenoteiktība apgrūtina radiācijas redzamību polārajā reģionā. Citiem vārdiem sakot, balto punduru gaisma nespēj pārvarēt lielās kosmiskās gāzes kopas, kas veido mūsu galaktikas rokas.
Zinātniskais skatījums uz balto punduru izskatu vēsturi
Turklāt debess ķermeņos, termiski kodolenerģijas izžūto galveno avotu vietā, rodas jauns termo kodolenerģijas avots, trīskāršā hēlija reakcija vai trīskāršā alfa process, kas nodrošina hēlija izdegšanu. Šie pieņēmumi tika pilnībā apstiprināti, kad kļuva iespējams novērot zvaigznes reakciju infrasarkanajā diapazonā. Parastās zvaigznes gaismas spektrs būtiski atšķiras no attēlā redzamās, skatoties uz sarkanajiem milžiem un baltajiem punduriem. Šādu zvaigžņu deģenerētajiem kodoliem ir augšējā masas robeža, pretējā gadījumā debess ķermenis kļūst fiziski nestabils un var rasties sabrukums.
Tas ir gandrīz neiespējami izskaidrot tik lielu blīvumu, ka baltie punduri ir no fizisko likumu viedokļa. Notiekošie procesi kļuva skaidrs tikai pateicoties kvantu mehānikai, kas ļāva izpētīt zvaigžņu materiāla elektronu gāzes stāvokli. Atšķirībā no parastās zvaigznes, kur standarta modelis tiek izmantots gāzes stāvokļa izpētei, baltie punduri, zinātnieki nodarbojas ar relativistiskas deģenerētas elektronu gāzes spiedienu. Vienkārši izsakoties, tiek ievērots sekojošais. Ar milzīgu saspiešanu 100 vai vairāk reizes zvaigžņu materiāls kļūst kā viens liels atoms, kurā visas atomu saites un ķēdes apvienojas. Šajā stāvoklī elektroni veido deģenerētu elektronu gāzi, kuras jaunā kvantu veidošanās var izturēt smaguma spēkus. Šī gāze veido blīvu kodolu, kam nav apvalka.
Detalizēts balto punduru pētījums, izmantojot radio teleskopus un rentgena optiku, izrādījās, ka šie debess priekšmeti nav tik vienkārši un garlaicīgi, kā tas varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Ņemot vērā to, ka šādās zvaigznēs nav termoreaktīvo reakciju, rodas jautājums, kas rodas nejauši - kur nāk milzīgais spiediens, kas ir spējis līdzsvarot smaguma spēkus un iekšējās piesaistes spēkus.
Fizisko darbinieku kvantu mehānikas izpētes rezultātā tika izveidots balts punduris. Veicot gravitācijas spēkus, zvaigžņu materiāls tiek saspiests tādā mērā, ka atomu elektronu čaulas tiek iznīcinātas, elektroni sāk savu haotisko kustību, pārvietojoties no vienas valsts uz citu. Atomu kodoli, ja nav elektronu, veido sistēmu, kas veido spēcīgu un stabilu saiti starp tām. Zvaigžņu materiālā ir tik daudz elektronu, kas veidojas attiecīgi daudzās valstīs, saglabājas elektronu ātrums. Elementāru daļiņu augstais ātrums rada milzīgu elektronu deģenerētas gāzes iekšējo spiedienu, kas spēj izturēt smaguma spēkus.
Kad kļuva zināmi baltie punduri?
Neskatoties uz to, ka pirmais baltais punduris, ko atklājuši astrofizisti, tiek uzskatīts par Sirius B, ir atbalstītāji, kas iepazīstina ar zinātnisko aprindu agrāku iepazīšanos ar šīs klases zvaigžņu objektiem. Jau 1785. gadā astronoms Herschels pirmo reizi iekļāva zvaigžņu katalogā Eridanusa zvaigznājā trīskāršu zvaigžņu sistēmu, sadalot visas zvaigznes atsevišķi. Tikai 125 gadus vēlāk astronomi noteica anomāli zemu 40 Eridāna B spilgtumu augstā krāsu temperatūrā, kas bija iemesls šādu objektu atdalīšanai atsevišķā klasē.
Objektam bija vājš lielums, kas atbilst + 9,52 m lielumam. Baltajam pundurim bija ½ saules masa un tā diametrs bija mazāks nekā zemes diametrs. Šie parametri bija pretrunā ar zvaigznēm iekšējās struktūras teoriju, kur zvaigznes virsmas spilgtums, rādiuss un temperatūra bija galvenie parametri zvaigznes klases noteikšanai. Nelielais diametrs, zemais spilgtums no fizikālo procesu viedokļa neatbilda augstajai krāsu temperatūrai. Šī neatbilstība izraisīja daudzus jautājumus.
Līdzīgi situācija izskatījās ar citu baltu punduri - Siru B. Kā spilgtākās zvaigznes pavadonis baltajam pundurim ir mazi izmēri un milzīgs zvaigžņu saturs - 106 g / cm3. Salīdzinājumam, šīs debess ķermeņa satura ar maču kastes saturu mūsu planētas svars pārsniegtu miljonu tonnu. Šī pundura temperatūra ir 2,5 reizes augstāka nekā Sirius sistēmas galvenā zvaigzne.
Jaunākie zinātniskie dati
Debesu ķermeņi, ar kuriem mēs nodarbojamies, ir dabiska, dabiska testēšanas vieta, pateicoties kurai cilvēks var izpētīt zvaigznes struktūru, to attīstības stadijas. Ja zvaigznes dzimšanu var izskaidrot ar fiziskiem likumiem, kas darbojas vienādā veidā jebkurā vidē, tad zvaigznes evolūciju pārstāv pilnīgi atšķirīgi procesi. Daudzu to zinātniskais izskaidrojums nonāk kvantu mehānikas kategorijā, elementāru daļiņu zinātnē.
Baltā rūķīši šajā gaismā izskatās noslēpumainākie objekti:
- Pirmkārt, zvaigznes kodola deģenerācijas process izskatās ļoti ziņkārīgs, kā rezultātā zvaigžņu materiāls telpā neatšķiras, bet, gluži pretēji, saraujas neiedomājami izmēri;
- Otrkārt, ja nav termoreaktīvu reakciju, baltie punduri joprojām ir diezgan karsti kosmosa objekti;
- Treškārt, šīm zvaigznēm, kurām ir augsta krāsu temperatūra, ir zems spilgtums.
Visu svītru, astrofiziku, fiziķu un kodolzinātnieku zinātniekiem vēl ir jāatbild uz šiem un daudziem citiem jautājumiem, kas ļaus mums prognozēt mūsu pašu gaismekļa likteni. Saule sagaida balta pundura likteni, bet joprojām ir apšaubāms, vai persona var skatīties sauli šajā lomā.
