Από τα αστέρια στους λευκούς νάνους: το σενάριο ενός ηλιόλουστο αστέρι

Οι λευκοί νάνοι είναι περίεργα αντικείμενα. Είναι μικρά και όχι πολύ μαζικά (εξ ου και το μέρος "νάνος" των ονομάτων τους) και εκπέμπουν κυρίως λευκό φως. Οι αστρονόμοι επίσης αναφέρονται σε αυτούς ως "εκφυλισμένους νάνους" επειδή είναι πραγματικά τα κατάλοιπα των αστρικών πυρήνων που περιέχουν πολύ πυκνή, "εκφυλισμένη" ύλη.

Πολλά αστέρια μεταμορφώνονται σε λευκούς νάνους ως μέρος της "παλιάς ηλικίας" τους. Οι περισσότεροι από αυτούς ξεκίνησαν σαν αστέρια παρόμοια με τον ήλιο μας. Φαίνεται μάλλον περίεργο ότι ο ήλιος μας θα μετατραπεί κάπως σε ένα περίεργο, συρρικνούμενο μίνι αστέρι, αλλά θα συμβεί δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα. Οι αστρονόμοι έχουν δει αυτά τα περίεργα μικρά αντικείμενα γύρω από τον γαλαξία. Ξέρουν ακόμη και τι θα συμβεί σε αυτούς καθώς κρυώνουν: θα γίνουν μαύροι νάνοι.

Για να κατανοήσουμε τους λευκούς νάνους και πώς σχηματίζονται, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τους κύκλους ζωής των αστεριών. Η γενική ιστορία είναι πολύ απλή. Αυτές οι γιγάντιες σφαίρες με ξερά ύδατα των υπερθερμανθέντων αερίων σχηματίζονται σε σύννεφα αερίου και λάμπουν από την ενέργεια της πυρηνικής σύντηξης. Αλλάζουν καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής τους, περνώντας από διαφορετικά και πολύ ενδιαφέροντα στάδια. Ξοδεύουν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους μετατρέποντας το υδρογόνο στο ήλιο και παράγουν θερμότητα και φως. Οι αστρονόμοι καταγράφουν αυτά τα αστέρια σε ένα γράφημα που ονομάζεται κύρια ακολουθία, η οποία δείχνει ποια φάση βρίσκονται στην εξέλιξή τους.

Μόλις οι αστέρες γίνουν μια ορισμένη ηλικία, μεταβαίνουν σε νέες φάσεις ύπαρξης. Τελικά, πεθαίνουν με κάποιο τρόπο και αφήνουν πίσω τους συναρπαστικά στοιχεία για τους εαυτούς τους. Υπάρχουν μερικά πραγματικά εξωτικό αντικείμενα που πραγματικά ασταθή αστέρια εξελίσσονται για να γίνουν, όπως μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων. Άλλοι τελειώνουν τη ζωή τους ως ένα διαφορετικό είδος αντικειμένου που ονομάζεται λευκός νάνος.

Πώς ένα αστέρι γίνεται λευκός νάνος; Η εξελικτική πορεία του εξαρτάται από τη μάζα του. Ένα αστέρι υψηλής μάζας-ένα με οκτώ ή περισσότερες φορές τη μάζα του Ήλιου κατά το χρόνο που βρίσκεται στην κύρια ακολουθία - θα εκραγεί ως σουπερνόβα και να δημιουργήσετε ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Ο ήλιος μας δεν είναι ένα τεράστιο αστέρι, έτσι, και αστέρια πολύ παρόμοια με αυτό, γίνονται λευκοί νάνοι, και αυτό περιλαμβάνει τον Ήλιο, αστέρια χαμηλότερη μάζα από τον Ήλιο και άλλα που βρίσκονται κάπου μεταξύ της μάζας του Ήλιου και της μάζας του Ήλιου supergiants.

Τα αστέρια χαμηλής μάζας (αυτά με περίπου τη μισή μάζα του Ήλιου) είναι τόσο ελαφριά ώστε οι θερμοκρασίες τους στο πυρήνα να μην πάρουν ποτέ αρκετά ζεστό για να συντηρήσουν το ήλιο σε άνθρακα και οξυγόνο (το επόμενο βήμα μετά τη σύντηξη υδρογόνου). Μόλις εξαντληθεί το καύσιμο υδρογόνου ενός αστεριού χαμηλής μάζας, ο πυρήνας του δεν μπορεί να αντισταθεί στο βάρος των στρώσεων πάνω από αυτό, και όλα καταρρέουν προς τα μέσα. Αυτό που έχει απομείνει από το αστέρι θα συμπιέζεται έπειτα σε ένα λευκό νάνο ήλιο - ένα αντικείμενο που παράγεται κυρίως από πυρήνα ηλίου-4

Πόσο καιρό κάθε άστρο επιβιώνει είναι άμεσα ανάλογο με τη μάζα του. Τα αστέρια χαμηλής μάζας που γίνονται άσπρα νάνια αστέρια του ηλίου θα διαρκέσουν περισσότερο από την ηλικία του σύμπαν για να φτάσουν στην τελική τους κατάσταση. Ψύχονται πολύ, πολύ αργά. Ως εκ τούτου, κανείς δεν έχει δει ένα πραγματικά δροσερό εντελώς κάτω, αλλά και αυτά τα αστεράκια είναι αρκετά σπάνια. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν. Υπάρχουν μερικοί αλλά συνήθως εμφανίζονται σε δυαδικά συστήματα, γεγονός που υποδηλώνει ότι κάποιο είδος μαζικής απώλειας είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία τους ή τουλάχιστον για την επιτάχυνση της διαδικασίας.

Εμείς κάνω δείτε πολλούς άλλους λευκούς νάνους που ξεκίνησαν τη ζωή τους σαν αστέρια περισσότερο σαν τον Ήλιο. Αυτοί οι λευκοί νάνοι, επίσης γνωστοί ως εκφυλισμένοι νάνοι, είναι τα τελικά σημεία των αστεριών με μάζες κύριας ακολουθίας μεταξύ 0,5 και 8 ηλιακών μαζών. Όπως και ο Ήλιος μας, αυτά τα αστέρια περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους, διασώζοντας το υδρογόνο στο ήλιο στους πυρήνες τους.

Μόλις εξαντληθούν τα καύσιμα υδρογόνου τους, οι πυρήνες συμπιέζονται και το αστέρι αναπτύσσεται για να γίνει ένας κόκκινος γίγαντας. Θερμαίνει τον πυρήνα έως ότου το ήλιο διασπάται για να δημιουργήσει άνθρακα. Όταν το ήλιο εξαντληθεί, τότε ο άνθρακας αρχίζει να συγχωνεύεται για να δημιουργήσει βαρύτερα στοιχεία. Ο τεχνικός όρος για αυτή τη διαδικασία είναι η "τριπλή-άλφα διαδικασία:" δύο πυρήνες ηλίου συντήκονται για να σχηματίσουν βηρύλλιο, ακολουθούμενο από τη σύντηξη ενός επιπλέον ηλίου που δημιουργεί άνθρακα.)

Αφού το πυρήνα του πυρήνα έχει συγχωνευθεί, ο πυρήνας θα συμπιεστεί ξανά. Ωστόσο, η θερμοκρασία του πυρήνα δεν θα πάρει αρκετή ζέστη για την τήξη άνθρακα ή οξυγόνου. Αντ 'αυτού, "σκληραίνει", και το αστέρι εισέρχεται στο δεύτερο κόκκινο γίγαντα φάση. Τελικά, τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού ξεφυτρώνουν απαλά και σχηματίζουν ένα πλανητικό νεφέλωμα. Αυτό που έμεινε πίσω είναι ο πυρήνας άνθρακα-οξυγόνου, η καρδιά του λευκού νάνου. Είναι πολύ πιθανό ότι ο Ήλιος μας θα ξεκινήσει αυτή τη διαδικασία σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια.

Όταν ένας λευκός νάνος σταματά να παράγει ενέργεια μέσω της πυρηνικής σύντηξης, τεχνικά δεν είναι πλέον αστέρι. Είναι ένα αστρικό υπόλοιπο. Είναι ακόμα ζεστό, αλλά όχι από τη δραστηριότητα στον πυρήνα του. Σκεφτείτε τα τελευταία στάδια της ζωής ενός λευκού νάνου, όπως μοιάζει περισσότερο με τα πετρώματα πυρκαγιάς που πεθαίνουν. Με την πάροδο του χρόνου θα δροσιστεί και τελικά θα πάρει τόσο κρύο που θα γίνει μια ψυχρή, νεκρή καραβίδα, που ορισμένοι αποκαλούν "μαύρο νάνο". Κανένας γνωστός λευκός νάνος δεν έχει φτάσει ακόμα. Αυτό συμβαίνει διότι απαιτούνται δισεκατομμύρια και δισεκατομμύρια έτη για να συμβεί η διαδικασία. Δεδομένου ότι το σύμπαν είναι μόνο 14 δισεκατομμυρίων ετών, ακόμη και οι πρώτοι λευκοί νάνοι δεν είχαν αρκετό χρόνο για να κρυώσουν τελείως για να γίνουν μαύροι νάνοι.

• Όλα τα αστέρια γερνούν και τελικά εξελίσσονται από την ύπαρξη.
• Πολύ μαζικά αστέρια εκρήγνυνται σαν σουπερνόβα και αφήνουν πίσω τους αστέρες νετρονίων και μαύρες τρύπες.
• Αστέρια όπως ο ήλιος θα εξελιχθούν για να γίνουν λευκοί νάνοι.
• Ένας λευκός νάνος είναι το υπόλοιπο ενός αστρικού πυρήνα που έχει χάσει όλα τα εξωτερικά του στρώματα.
• Όχι λευκοί νάνοι έχουν κρυώσει εντελώς στην ιστορία του σύμπαντος.

• NASA, NASA, imag.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
• "Stellar Evolution", www.aavso.org/stellar-evolution.
• "Λευκός Νάνος | ΣΥΜΠΑΝ." Κέντρο αστροφυσικής και υπερυπολογιστών, astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white νάνος.

Επεξεργάστηκε από Carolyn Collins Petersen.