כאשר אנו מסתכלים על שמי הלילה, נראה לנו כי כל הכוכבים זהים. העין האנושית בקושי רב מבדילה את הספקטרום הגלוי של אור הנפלט מגופים שמימיים רחוקים. הכוכב, שעדיין נראה בקושי, כבר מזמן כבה, ואנחנו רואים רק את האור שלו. כל אחד מהכוכבים חי את חייו שלו. כמה מבריק אפילו אור לבן, אחרים נראים כמו נקודות בהירות פועם אור ניאון. אבל אחרים הם כתמי זוהר עמומים, כמעט לא נראים בשמים.
כל אחד מן הכוכבים נשאר בשלב מסוים של האבולוציה שלו, ועם הזמן, הופך לגוף שמימי של מעמד אחר. במקום נקודה בהירה ומסנוורת בשמי הלילה, מופיע חפץ חלל חדש - גמד לבן - כוכב מזדקן. שלב זה של האבולוציה אופייני לרוב הכוכבים הרגילים. אל תימנע גורל דומה השמש שלנו.
מהו גמד לבן: כוכב או רוחות רפאים?
רק לאחרונה, במאה ה -20, התברר למדענים שגמד לבן הוא כל מה שנשאר בחלל מכוכב רגיל. המחקר של כוכבים מנקודת מבט של פיזיקה תרמו-גרעינית נתן מושג על תהליכים זועמים במעמקים של גופים שמימיים. הכוכבים שנוצרו כתוצאה מהאינטראקציה של כוחות הכבידה מייצגים כור תרמו-גרעיני ענקי שבו מתרחשות תגובות שרשרת של ביקוע מימן וגרעין הליום. במערכות מורכבות כאלה, קצב האבולוציה של רכיבים אינו זהה. עתודות ענק של מימן להבטיח את חייו של כוכב במשך מיליארדי שנים קדימה. תגובות מימן תרמו-גרעיניות תורמות להיווצרות של הליום ופחמן. בעקבות מיזוג תרמו-גרעיני, חוקי התרמודינמיקה באים לידי ביטוי.
לאחר שהכוכב צרך את כל המימן, הליבה שלו בהשפעת כוחות הכבידה והלחץ הפנימי העצום מתחילה להתכווץ. מאבד את החלק העיקרי של המעטפה שלו, הגוף השמימי מגיע לגובה המוני של כוכב, שבו הוא יכול להתקיים כמו ננס לבן נטול מקורות אנרגיה, ממשיך לפלוט חום על ידי אינרציה. למעשה, גמדים לבנים הם כוכבים ממעמד של ענקים אדומים וסופרג'נטים שאיבדו את הקליפה החיצונית שלהם.
היתוך תרמו-גרעיני מדלל כוכב. מימן מתייבש, הליום, כמרכיב מסיבי יותר, יכול להתפתח עוד יותר, להגיע למדינה חדשה. כל זה מוביל לעובדה כי בתחילה הענקים האדומים יוצרים באתר של כוכב רגיל, והכוכב משאיר את הרצף הראשי. לפיכך, הגוף השמימי, המוביל את מסלול ההזדקנות האיטית והבלתי נמנעת שלו, הופך בהדרגה. זקנה של הכוכב היא דרך ארוכה לקיום. כל זה קורה לאט מאוד. גמד לבן הוא גוף שמימי, אשר מחוץ לרצף הראשי, תהליך ההכחדה הבלתי נמנע מתרחש. התגובה של סינתזת הליום מוביל לעובדה כי הליבה של כוכב ההזדקנות מתכווץ, הכוכב סוף סוף מאבד את הקליפה שלו.
אבולוציה של גמדים לבנים
מחוץ לרצף הראשי, הכוכב נמוג. בהשפעת כוח הכבידה, הגז המחומם של ענקים אדומים וסופרג'נטים מתפזר על פני היקום, יוצר ערפילית פלנטרית צעירה. לאחר מאות אלפי שנים התפזרה הערפילית, ובמקומה נותרה הליבה המנוונת של ענק אדום לבן. הטמפרטורות של אובייקט כזה הן גבוהות למדי מ 90000 K, מעריך את קו הקליטה של הספקטרום עד 130,000 K, כאשר ההערכה מתבצעת בתוך רנטגן ספקטרום. עם זאת, בשל גודלו הקטן, קירור של הגוף השמימי קורה לאט מאוד.
תמונה זו של השמים המכוכבים, שאנו רואים, היא בעידן של עשרות עד מאות מיליארדי שנים. במקום שבו אנו רואים גמדים לבנים, גוף שמימי אחר כבר קיים בחלל. הכוכב עבר אל מעמד הגמד השחור, השלב הסופי של האבולוציה. במציאות, במקום הכוכב, יש קריש של חומר, הטמפרטורה של אשר שווה לטמפרטורה של החלל שמסביב. התכונה העיקרית של האובייקט הזה היא העדר מוחלט של אור גלוי. כדי להבחין כוכב כזה טלסקופ אופטי רגיל הוא די קשה בשל בהירות נמוכה. הקריטריון העיקרי לאיתור גמדים לבנים הוא נוכחותם של קרינה אולטרה-סגולה גבוהה וצילומי רנטגן.
כל הגמדים הלבנים הידועים, בהתאם לספקטרום שלהם, מחולקים לשתי קבוצות:
- מימן אובייקטים, בכיתה ספקטרום DA, בספקטרום שבו אין קווי הליום;
- הגמדים הליום, DB בכיתה ספקטרלית. הקווים העיקריים בספקטרום הם הליום.
גמדים לבנים של סוג המימן מהווים את רוב האוכלוסייה, עד 80% של כל האובייקטים הידועים כיום מסוג זה. הגמדים הליום חשבון עבור 20% הנותרים.
השלב האבולוציוני, שכתוצאה ממנו מופיע ננס לבן, הוא האחרון עבור כוכבים לא מאסיביים, הכוללים את הכוכב שלנו, את השמש. בשלב זה, הכוכב יש את המאפיינים הבאים. למרות גודל קטן וקומפקטי כזה של כוכב, החומר הכוכבי שלו שוקל בדיוק את הנדרש לה. במילים אחרות, לגמדים לבנים שיש להם רדיוס קטן פי 100 מהרדיוס של הדיסק הסולרי יש מסה השווה למסה של השמש או אפילו שוקלים יותר מהכוכב שלנו.
זה מצביע על כך צפיפות של הגמד הלבן הוא מיליוני פעמים גבוה יותר מאשר צפיפות של כוכבים רגילים כי הם בתוך הרצף הראשי. לדוגמה, הצפיפות של הכוכב שלנו הוא 1.41 g / cm³, בעוד צפיפות של ננסים לבנים יכולים להגיע ערכים ענקיים של 105-110 גרם / cm3.
בהיעדר מקורות האנרגיה שלהם, אובייקטים כאלה בהדרגה להתקרר, בהתאמה, יש טמפרטורה נמוכה. על פני גמדים לבנים נרשמה הטמפרטורה בטווח של 5000-50000 מעלות קלווין. ככל שהכוכב מבוגר, הטמפרטורה נמוכה יותר.
לדוגמה, השכן של הכוכב הבהיר ביותר בשמים שלנו, סיריוס A, הגמד הלבן סיריוס B, יש טמפרטורת פני השטח של 2100 מעלות קלווין. בתוך גוף שמימי זה הוא הרבה יותר חם, כמעט 10,000 מעלות ק. סיריוס ב'היה הגמד הלבן הראשון שהתגלה על ידי האסטרונומים. צבעם של הגמדים הלבנים שהתגלו לאחר סיריוס ב'התברר כלבן כסיבה לתת את השם הזה למעמד הכוכבים הזה.
לפי אורו של האור, סיריוס A הוא פי 22 בהירות השמש שלנו, בעוד שאחותו סיריוס B זורחת באור עמום, נחות במידה ניכרת בהירות לשכנה המסנוורת. היה אפשר לזהות נוכחות של ננס לבן הודות לתמונות של סיריוס שנעשו על ידי טלסקופ רנטגן צ'נדרה. לגמדים לבנים אין ספקטרום אור בולט, ולכן הכוכבים האלה נחשבים לחפצים קוסמיים די קרים. בתחום האינפרה-אדום ובטווח הרנטגן, סיריוס B מאיר הרבה יותר בהירים, ממשיך לפלוט כמויות אדירות של אנרגיה תרמית. בניגוד לכוכבים רגילים, שבהם הקורונה היא מקור גלי הרנטגן, הגמד הלבן הוא מקור הקרינה של הצילומים.
להיות מחוץ לרצף המרכזי בשכיחות של כוכבים אלה הם לא האובייקטים הנפוצים ביותר ביקום. בגלקסיה שלנו, חלקם של הגמדים הלבנים מהווה רק 3% -10% מהגופים השמימיים. עבור חלק זה של אוכלוסיית הכוכבים בגלקסיה שלנו, חוסר הוודאות של האומדן מקשה על הקרינה להיות חלשה באזור הקוטב הנראה. במילים אחרות, אור הגמדים הלבנים אינו מסוגל להתגבר על האשכולות הגדולים של הגז הקוסמי המרכיבים את זרועות הגלקסיה שלנו.
מבט מדעי על ההיסטוריה של הופעת הגמדים הלבנים
יתר על כן, בגופים שמימיים, במקום מקורות מיובשים העיקריים של אנרגיה תרמו-גרעינית, מקור חדש של אנרגיה תרמו-גרעינית, תגובה הליום משולשת, או תהליך אלפא משולשת מתן שחיקה הליום עולה. הנחות אלו אושרו לחלוטין כאשר ניתן היה לבחון את התנהגות הכוכבים בטווח האינפרא אדום. ספקטרום האור של כוכב רגיל שונה במידה ניכרת מהתמונה שאנו רואים כאשר מביטים בענקים האדומים ובגמדים הלבנים. עבור גרעינים מנוונים של כוכבים כאלה, יש גבול מסה עליון, אחרת הגוף השמימי הופך להיות לא יציב פיזית וקריסה עלולה להתרחש.
זה כמעט בלתי אפשרי להסביר צפיפות גבוהה כל כך כי גמדים לבנים יש מנקודת מבט של חוקים פיזיים. התהליכים המתמשכים התבררו רק בזכות מכניקת הקוונטים, שאפשרה ללמוד את מצב גז האלקטרונים של החומר הכוכבי. בניגוד לכוכב רגיל, שבו נעשה שימוש במודל סטנדרטי לחקר מצב הגז, בגמדים לבנים, מתמודדים מדענים עם לחץ של גז אלקטרונים ניוון רלטיביסטי. במילים פשוטות, הבאים הוא ציין. עם דחיסה ענקית 100 פעמים או יותר, החומר הכוכבי הופך כמו אטום גדול אחד, שבו כל קשרי האטום ורשתות להתמזג יחד. במצב זה, האלקטרונים יוצרים גז אלקטרונים מנוון, היווצרות הקוונטים החדשה אשר יכולה לעמוד בפני כוחות הכבידה. גז זה יוצר ליבה צפופה נטולת פגז.
מחקר מפורט על גמדים לבנים באמצעות טלסקופים הרדיו אופטיקה רנטגן התברר כי אלה חפצים שמימיים הם לא פשוט כמו משעמם כפי שזה נראה במבט ראשון. בהיעדר תגובות תרמו-גרעיניות בתוך כוכבים כאלה, מתעוררת השאלה באופן לא רצוני - מהיכן נוצר הלחץ העצום, אשר הצליח לאזן בין כוחות הכבידה לבין כוחות המשיכה הפנימית.
כתוצאה ממחקרי הפיזיקאים בתחום מכניקת הקוונטים נוצר מודל גמד לבן. תחת הפעולה של כוחות כבידה, החומר הכוכבי הוא דחוס עד כדי כך פגזים אלקטרונים של אטומים נהרסים, האלקטרונים להתחיל תנועה כאוטית שלהם, נע ממצב אחד למשנהו. גרעיני האטומים בהיעדר אלקטרונים יוצרים מערכת, ויוצרים ביניהם קשר חזק ויציב. יש כל כך הרבה אלקטרונים החומר כוכבים כי מדינות רבות נוצרות, בהתאמה, מהירות האלקטרונים נשמר. המהירות הגבוהה של חלקיקים בסיסיים יוצרת לחץ פנימי עצום של גז מנוון אלקטרונים, אשר מסוגל לעמוד בכוחות הכבידה.
מתי נודעו גמדים לבנים?
למרות שהגמד הלבן הראשון, שנתגלה על ידי האסטרופיסיקאים, נחשב לסיריוס ב ', יש תומכים בגרסה של היכרות מוקדמת יותר עם הקהילה המדעית עם אובייקטים מהממים של המעמד הזה. כבר בשנת 1785, האסטרונום הרשל בפעם הראשונה כלל בקטלוג הכוכבים מערכת כוכבים משולשת בקבוצת הכוכבים של ארידנוס, שחילקה את כל הכוכבים בנפרד. רק 125 שנים מאוחר יותר, אסטרונומים זיהו את בהירות נמוכה באופן חריג של 40 ארידן B בטמפרטורת צבע גבוהה, מה שהיה הסיבה להפריד אובייקטים כאלה בכיתה נפרדת.
לאובייקט היה גודל קלוש המתאים לגודל של 9.52 מטר. לגמד הלבן היה מסה של שמש וחצי, וקוטרו היה קטן יותר מזה של כדור הארץ. פרמטרים אלה סותרים את התיאוריה של המבנה הפנימי של הכוכבים, שם הבהירות, הרדיוס והטמפרטורה של פני הכוכב היו הפרמטרים העיקריים לקביעת המעמד של כוכב. הקוטר הקטן, הזוהר הנמוך מנקודת המבט של תהליכים פיזיים לא תאם לטמפרטורת הצבע הגבוהה. פער זה גרם לשאלות רבות.
באופן דומה, המצב נראה כמו עם ננס לבן נוסף - Sirus B. כבן לוויה של הכוכב הבהיר ביותר, לגמד הלבן יש ממדים קטנים וצפיפות עצומה של חומר כוכבים - 106 גרם / ס"מ. לשם השוואה, כמות החומר של הגוף השמימי הזה עם קופסת גפרורים תשקול מעל מיליון טונות על הפלנטה שלנו. הטמפרטורה של הגמד הזה גבוהה פי 2.5 מהכוכב הראשי של מערכת סיריוס.
ממצאים מדעיים אחרונים
הגופים השמימיים שבהם אנו עוסקים הם קרקע טבעית טבעית, שבזכותה אדם יכול ללמוד את מבנה הכוכבים, את שלבי האבולוציה שלהם. אם הלידה של כוכבים יכולה להיות מוסברת על ידי חוקים פיזיקליים הפועלים באותו אופן בכל הגדרה, אז את האבולוציה של הכוכבים מיוצג על ידי תהליכים שונים לחלוטין. ההסבר המדעי של רבים מהם נכנס לקטגוריה של מכניקת הקוונטים, מדע החלקיקים היסודיים.
ננסים לבנים באור זה נראים את החפצים המסתוריים ביותר:
- ראשית, תהליך הניוון של גרעין הכוכב נראה סקרן מאוד, וכתוצאה מכך החומר הכוכבי אינו מתעופף בחלל, אלא להיפך, מתכווץ לגדלים שלא יתוארו;
- שנית, בהעדר תגובות תרמו-גרעיניות, גמדים לבנים נשארים עצמים בחלל חם;
- שלישית, כוכבים אלה, בעלי טמפרטורת צבע גבוהה, יש בהירות נמוכה.
מדענים מכל הפסים, האסטרופיסיקאים, הפיסיקאים ומדעני הגרעין עדיין לא ענו על שאלות אלו ושאלות רבות אחרות, שיאפשרו לנו לחזות את גורלו של המאור שלנו. השמש מצפה לגורלו של ננס לבן, אך עדיין מוטלת בספק האם אדם יכול לצפות בשמש בתפקיד זה.
