Od gwiazd do białych krasnoludków: saga gwiazdy podobnej do Słońca

Białe karły to ciekawe obiekty. Są małe i niezbyt masywne (stąd nazwa „karzeł”) i promieniują głównie białym światłem. Astronomowie nazywają je również „zdegenerowanymi krasnoludami”, ponieważ tak naprawdę są pozostałościami gwiezdnych rdzeni, które zawierają bardzo gęstą „zdegenerowaną” materię.

Wiele gwiazd zmienia się w białe karły w ramach ich „starości”. Większość z nich zaczęła jako gwiazdy podobne do naszego Słońca. Wydaje się dość dziwne, że nasze Słońce zmieniłoby się w dziwną, kurczącą się mini-gwiazdę, ale stanie się to za miliardy lat. Astronomowie widzieli te dziwne małe obiekty w całej galaktyce. Wiedzą nawet, co się z nimi stanie, gdy się ochłodzą: staną się czarnymi karłami.

Aby zrozumieć białe karły i ich powstawanie, ważne jest, aby znać cykle życia gwiazd. Ogólna historia jest dość prosta. Te gigantyczne kipiące kule przegrzanych gazów tworzą się w chmurach gazu i świecą energią syntezy jądrowej. Zmieniają się przez całe życie, przechodząc przez różne i bardzo interesujące etapy. Większość życia spędzają przekształcając wodór w hel oraz wytwarzając ciepło i światło. Astronomowie pokazują te gwiazdy na wykresie zwanym główna sekwencja, co pokazuje, na jakim etapie są w ich ewolucji.

Kiedy gwiazdy osiągną pewien wiek, przechodzą w nowe fazy istnienia. Ostatecznie umierają w jakiś sposób i pozostawiają fascynujące dowody na swój temat. Tam jest trochę naprawdę egzotyczny obiekty, którymi ewoluują naprawdę masywne gwiazdy, takie jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Inni kończą swoje życie jako inny rodzaj obiektu zwany białym karłem.

Jak gwiazda staje się białym karłem? Jego ścieżka ewolucyjna zależy od jej masy. Gwiazda o dużej masie - jedna z ośmioma lub więcej masami Słońca w czasie, gdy znajduje się w głównej sekwencji - wybuchnie jako supernowa i stwórz gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Nasze Słońce nie jest masywną gwiazdą, więc wraz z gwiazdami bardzo podobnymi stają się białymi karłami, a to obejmuje Słońce, gwiazdy o masie mniejszej niż Słońce i inne, które są gdzieś pomiędzy masą Słońca i Słońca supergiganowie.

Gwiazdy o niskiej masie (te o masie około połowy masy Słońca) są tak lekkie, że ich temperatura jądra nigdy nie staje się wystarczająco wysoka, aby stopić hel z węglem i tlenem (następny krok po stopieniu wodoru). Gdy skończy się paliwo wodorowe gwiazdy o niskiej masie, jej jądro nie będzie w stanie wytrzymać ciężaru warstw nad nim i wszystko zapadnie się do wewnątrz. To, co pozostanie z gwiazdy, zostanie następnie skompresowane w helowego białego karła - obiekt wykonany głównie z jąder helu-4

Czas przeżycia każdej gwiazdy jest wprost proporcjonalny do jej masy. Gwiazdy o małej masie, które stają się gwiazdami białego karła helu, zajęłyby więcej niż wiek wszechświat dostać się do ich ostatecznego stanu. Studzą się bardzo, bardzo powoli. Dlatego nikt jeszcze nie widział, żeby ostygł całkowicie, a te dziwne gwiazdy są dość rzadkie. Nie oznacza to, że nie istnieją. Tam są trochę kandydaci, ale zwykle pojawiają się w systemach binarnych, co sugeruje, że pewien rodzaj utraty masy jest odpowiedzialny za ich tworzenie, a przynajmniej za przyspieszenie procesu.

My robić zobaczyć wiele innych białych karłów, które zaczęły swoje życie jako gwiazdy bardziej jak Słońce. Te białe karły, znane również jako zwyrodniałe karły, są punktami końcowymi gwiazd o masach głównych od 0,5 do 8 mas Słońca. Podobnie jak nasze Słońce, te gwiazdy spędzają większość życia łącząc wodór z helem w rdzeniach.

Po wyczerpaniu paliwa wodorowego rdzenie kompresują się, a gwiazda rozszerza się w czerwony olbrzym. Podgrzewa rdzeń, aż hel stopi się, tworząc węgiel. Kiedy hel się wyczerpie, węgiel zaczyna się stapiać, tworząc cięższe pierwiastki. Technicznym terminem tego procesu jest „potrójny proces alfa”: dwa jądra helu łączą się tworząc beryl, po czym następuje fuzja dodatkowego helu wytwarzającego węgiel.)

Po stopieniu się helu w rdzeniu rdzeń ponownie się skompresuje. Jednak temperatura rdzenia nie będzie wystarczająco wysoka, aby stopić węgiel lub tlen. Zamiast tego „sztywnieje”, a gwiazda wchodzi w sekundę czerwony olbrzym faza. W końcu zewnętrzne warstwy gwiazdy są delikatnie zdmuchiwane i tworzą a mgławica planetarna. Pozostaje rdzeń węglowo-tlenowy, serce białego karła. Jest bardzo prawdopodobne, że nasze Słońce rozpocznie ten proces za kilka miliardów lat.

Kiedy biały karzeł przestaje wytwarzać energię poprzez syntezę jądrową, technicznie rzecz biorąc nie jest już gwiazdą. To gwiezdna pozostałość. Nadal jest gorąco, ale nie z powodu aktywności w jego rdzeniu. Pomyśl o ostatnich etapach życia białego karła bardziej jak o gasnącym żarze ognia. Z czasem ostygnie i ostatecznie stanie się tak zimny, że stanie się zimnym, martwym żarem, co niektórzy nazywają „czarnym karłem”. Jak dotąd żaden znany biały karzeł nie dotarł tak daleko. Dzieje się tak, ponieważ proces ten trwa miliardy lat. Ponieważ wszechświat ma zaledwie około 14 miliardów lat, nawet pierwsze białe karły nie miały dość czasu, aby całkowicie ostygnąć, by stać się czarnymi karłami.

• Wszystkie gwiazdy starzeją się i ostatecznie ewoluują z istnienia.
• Bardzo masywne gwiazdy eksplodują jako supernowe i pozostawiają po sobie gwiazdy neutronowe i czarne dziury.
• Gwiazdy takie jak Słońce ewoluują, by stać się białymi karłami.
• Biały karzeł jest pozostałością gwiezdnego rdzenia, który utracił wszystkie swoje zewnętrzne warstwy.
• Żadne białe karły nie ostygły całkowicie w historii wszechświata.

• NASA, NASA, imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
• „Gwiezdna ewolucja”, www.aavso.org/stellar-evolution.
• „Biały karzeł | KOSMOS." Centrum Astrofizyki i Superkomputerów, astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white karzeł.

Edytowany przez Carolyn Collins Petersen.