La nana bianca è una stella abbastanza comune nel nostro spazio. Gli scienziati lo chiamano il risultato dell'evoluzione delle stelle, lo stadio finale dello sviluppo. In totale, ci sono due scenari per la modifica di un corpo stellare, in un caso lo stadio finale è una stella di neutroni, nell' altro un buco nero. I nani sono l'ultimo passo evolutivo. Hanno sistemi planetari intorno a loro. Gli scienziati sono stati in grado di determinarlo esaminando campioni arricchiti di metalli.
Sfondo
Le nane bianche sono stelle che hanno attirato l'attenzione degli astronomi nel 1919. Per la prima volta, un tale corpo celeste è stato scoperto da uno scienziato olandese, Maanen. Per il suo tempo, lo specialista fece una scoperta piuttosto atipica e inaspettata. Il nano che vide sembrava una stella, ma aveva piccole dimensioni non standard. Lo spettro, tuttavia, era come se fosse un corpo celeste massiccio e grande.
Le ragioni di un fenomeno così strano hanno attratto gli scienziati per un po' di tempo, quindi sono stati fatti molti sforzi per studiare la struttura delle nane bianche. La svolta è stata fatta quando hanno espresso e dimostrato l'assunzione dell'abbondanza di varie strutture metalliche nell'atmosfera di un corpo celeste.
È necessario chiarire che i metalli in astrofisica sono tutti i tipi di elementi, le cui molecole sono più pesanti dell'idrogeno, dell'elio e la loro composizione chimica è più progressiva di questi due composti. L'elio, l'idrogeno, come sono riusciti a stabilire gli scienziati, sono più diffusi nel nostro universo di qualsiasi altra sostanza. Sulla base di ciò, è stato deciso di designare tutto il resto come metalli.
Sviluppo del tema
Sebbene nane bianche di dimensioni molto diverse dal Sole siano state viste per la prima volta negli anni '20, solo mezzo secolo dopo si scoprì che la presenza di strutture metalliche nell'atmosfera stellare non è un fenomeno tipico. Come si è scoperto, quando sono incluse nell'atmosfera, oltre alle due sostanze più comuni, quelle più pesanti, vengono spostate negli strati più profondi. Le sostanze pesanti, essendo tra le molecole di elio, l'idrogeno, alla fine devono spostarsi nel nucleo della stella.
Ci sono stati diversi motivi per questo processo. Il raggio di una nana bianca è piccolo, questi corpi stellari sono molto compatti - non per niente hanno preso il loro nome. In media il raggio è paragonabile a quello della terra, mentre il peso è simile al peso di una stella che illumina il nostro sistema planetario. Questo rapporto tra dimensioni e peso provoca un'accelerazione gravitazionale superficiale eccezionalmente grande. Di conseguenza, la deposizione di metalli pesanti nell'atmosfera di idrogeno ed elio avviene solo pochi giorni terrestri dopo che la molecola è entrata nella massa gassosa totale.
Caratteristiche e durata
A volte caratteristiche delle nane bianchesono tali che il processo di sedimentazione di molecole di sostanze pesanti può essere ritardato a lungo. Le opzioni più favorevoli, dal punto di vista di un osservatore dalla Terra, sono processi che richiedono milioni, decine di milioni di anni. Tuttavia, tali intervalli di tempo sono eccezionalmente brevi rispetto alla vita del corpo stellare stesso.
L'evoluzione di una nana bianca è tale che la maggior parte delle formazioni osservate dall'uomo in questo momento hanno già diverse centinaia di milioni di anni terrestri. Se confrontiamo questo con il processo più lento di assorbimento dei metalli da parte del nucleo, la differenza è più che significativa. Pertanto, il rilevamento di metallo nell'atmosfera di una certa stella osservabile ci consente di concludere con certezza che il corpo inizialmente non aveva una tale composizione atmosferica, altrimenti tutte le inclusioni metalliche sarebbero scomparse molto tempo fa.
Teoria e pratica
Le osservazioni sopra descritte, così come le informazioni raccolte in molti decenni su nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri, hanno suggerito che l'atmosfera riceve inclusioni metalliche da fonti esterne. Per prima cosa gli scienziati hanno deciso che questo è il mezzo tra le stelle. Un corpo celeste si muove attraverso tale materia, accresce il mezzo sulla sua superficie, arricchendo così l'atmosfera con elementi pesanti. Ma ulteriori osservazioni hanno mostrato che una tale teoria è insostenibile. Come hanno specificato gli esperti, se il cambiamento nell'atmosfera avvenisse in questo modo, il nano riceverebbe idrogeno principalmente dall'esterno, poiché il mezzo tra le stelle era formato nella sua massa da idrogeno emolecole di elio. Solo una piccola percentuale del mezzo è composto pesante.
Se la teoria formata dalle osservazioni primarie di nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri si giustificasse, le nane sarebbero costituite da idrogeno come l'elemento più leggero. Ciò non consentirebbe l'esistenza nemmeno di corpi celesti di elio, perché l'elio è più pesante, il che significa che l'accrescimento di idrogeno lo nasconderebbe completamente all'occhio di un osservatore esterno. Sulla base della presenza di nane di elio, gli scienziati sono giunti alla conclusione che il mezzo interstellare non può fungere da unica e nemmeno la principale fonte di metalli nell'atmosfera dei corpi stellari.
Come si spiega?
Gli scienziati che hanno studiato i buchi neri, le nane bianche negli anni '70 del secolo scorso, hanno suggerito che le inclusioni metalliche possono essere spiegate dalla caduta di comete sulla superficie di un corpo celeste. È vero, un tempo tali idee erano considerate troppo esotiche e non ricevevano supporto. Ciò era in gran parte dovuto al fatto che le persone non sapevano ancora della presenza di altri sistemi planetari - era noto solo il nostro sistema solare "casalingo".
Un significativo passo avanti nello studio dei buchi neri, le nane bianche, è stato compiuto alla fine del successivo, l'ottavo decennio del secolo scorso. Gli scienziati hanno a loro disposizione strumenti a infrarossi particolarmente potenti per l'osservazione delle profondità dello spazio, che hanno permesso di rilevare la radiazione infrarossa attorno a uno dei noti astronomi nane bianche. Questo è stato rivelato proprio intorno al nano, la cui atmosfera conteneva metallicainclusione.
La radiazione infrarossa, che ha permesso di stimare la temperatura della nana bianca, ha anche detto agli scienziati che il corpo stellare è circondato da una sostanza in grado di assorbire la radiazione stellare. Questa sostanza viene riscaldata a un livello di temperatura specifico, inferiore a quello di una stella. Ciò consente di reindirizzare gradualmente l'energia assorbita. Le radiazioni si verificano nella gamma degli infrarossi.
La scienza avanza
Gli spettri della nana bianca sono diventati oggetto di studio delle menti avanzate del mondo degli astronomi. Come si è scoperto, da loro puoi ottenere molte informazioni sulle caratteristiche dei corpi celesti. Di particolare interesse sono state le osservazioni di corpi stellari con un eccesso di radiazione infrarossa. Allo stato attuale è stato possibile identificare circa tre dozzine di sistemi di questo tipo. La loro percentuale principale è stata studiata utilizzando il più potente telescopio Spitzer.
Gli scienziati, osservando i corpi celesti, hanno scoperto che la densità delle nane bianche è significativamente inferiore a questo parametro, caratteristico dei giganti. È stato inoltre riscontrato che l'eccesso di radiazione infrarossa è dovuto alla presenza di dischi formati da una specifica sostanza in grado di assorbire la radiazione di energia. È allora che irradia energia, ma in un diverso intervallo di lunghezze d'onda.
I dischi sono eccezionalmente vicini e influiscono in una certa misura sulla massa delle nane bianche (che non può superare il limite di Chandrasekhar). Il raggio esterno è chiamato disco detritico. È stato suggerito che si sia formato durante la distruzione di qualche corpo. In media, il raggio è di dimensioni paragonabili a quelle del Sole.
Se presti attenzione al nostro sistema planetario, diventa chiaro che relativamente vicino alla "casa" possiamo osservare un esempio simile: questi sono gli anelli che circondano Saturno, la cui dimensione è anche paragonabile al raggio di la nostra stella. Nel tempo, gli scienziati hanno scoperto che questa caratteristica non è l'unica che i nani e Saturno hanno in comune. Ad esempio, sia il pianeta che le stelle hanno dischi molto sottili, che non sono trasparenti quando si cerca di brillare attraverso la luce.
Conclusioni e sviluppo della teoria
Poiché gli anelli delle nane bianche sono paragonabili a quelli che circondano Saturno, è diventato possibile formulare nuove teorie che spieghino la presenza di metalli nell'atmosfera di queste stelle. Gli astronomi sanno che gli anelli intorno a Saturno sono formati dall'interruzione delle maree di alcuni corpi abbastanza vicini al pianeta da essere influenzati dal suo campo gravitazionale. In una tale situazione, il corpo esterno non può mantenere la propria gravità, il che porta a una violazione dell'integrità.
Circa quindici anni fa, fu presentata una nuova teoria che spiegava la formazione degli anelli delle nane bianche in modo simile. Si presumeva che inizialmente la nana fosse una stella al centro del sistema planetario. Il corpo celeste si evolve nel tempo, che impiega miliardi di anni, si gonfia, perde il suo guscio, e questo provoca la formazione di un nano, che gradualmente si raffredda. A proposito, il colore delle nane bianche è spiegato proprio dalla loro temperatura. Per alcuni, è stimato a 200.000 K.
Il sistema di pianeti nel corso di tale evoluzione può sopravvivere, il che porta aespansione della parte esterna del sistema contemporaneamente a una diminuzione della massa della stella. Di conseguenza, si forma un grande sistema di pianeti. Pianeti, asteroidi e molti altri elementi sopravvivono all'evoluzione.
Quali sono le prospettive?
Il progresso del sistema può portare alla sua instabilità. Ciò porta al bombardamento dello spazio che circonda il pianeta da parte di pietre e gli asteroidi volano parzialmente fuori dal sistema. Alcuni di loro, però, si spostano in orbita, trovandosi prima o poi all'interno del raggio solare del nano. Non si verificano collisioni, ma le forze di marea portano a una violazione dell'integrità del corpo. Un ammasso di tali asteroidi assume una forma simile agli anelli che circondano Saturno. Pertanto, attorno alla stella si forma un disco di detriti. La densità della nana bianca (circa 10^7 g/cm3) e il suo disco detritico differiscono significativamente.
La teoria descritta è diventata una spiegazione abbastanza completa e logica di un certo numero di fenomeni astronomici. Attraverso di essa si può capire perché i dischi sono compatti, perché una stella non può essere circondata da un disco di raggio paragonabile a quello del Sole durante tutta la sua esistenza, altrimenti tali dischi sarebbero inizialmente all'interno del suo corpo.
Spiegando la formazione dei dischi e le loro dimensioni, si può capire da dove proviene la peculiare fornitura di metalli. Potrebbe finire sulla superficie stellare, contaminando il nano con molecole di metallo. La teoria descritta, senza contraddire gli indicatori rivelati della densità media delle nane bianche (dell'ordine di 10^7 g/cm3), dimostra perché i metalli si osservano nell'atmosfera delle stelle, perché la misura della chimicacomposizione mediante mezzi eventualmente accessibili all'uomo e per quale motivo la distribuzione degli elementi è simile a quella caratteristica del nostro pianeta e degli altri oggetti studiati.
Teorie: c'è qualche vantaggio?
L'idea descritta è stata ampiamente utilizzata come base per spiegare perché i gusci delle stelle sono contaminati da metalli, perché sono comparsi dischi di detriti. Inoltre, ne consegue che esiste un sistema planetario attorno al nano. C'è poca sorpresa in questa conclusione, perché l'umanità ha stabilito che la maggior parte delle stelle ha i propri sistemi di pianeti. Questo è caratteristico sia di quelli che sono simili al Sole, sia di quelli che sono molto più grandi delle sue dimensioni - vale a dire, da essi si formano le nane bianche.
Argomenti non esauriti
Anche se riteniamo che la teoria sopra descritta sia generalmente accettata e provata, alcune domande per gli astronomi rimangono aperte fino ad oggi. Di particolare interesse è la specificità del trasferimento di materia tra i dischi e la superficie di un corpo celeste. Come alcuni suggeriscono, ciò è dovuto alle radiazioni. Le teorie che chiamano in questo modo a descrivere il trasporto della materia si basano sull'effetto di Poynting-Robertson. Questo fenomeno, sotto l'influenza del quale le particelle si muovono lentamente in un'orbita attorno a una giovane stella, ruotando gradualmente a spirale verso il centro e scomparendo in un corpo celeste. Presumibilmente, questo effetto dovrebbe manifestarsi nei dischi di detriti che circondano le stelle, cioè le molecole che sono presenti nei dischi prima o poi si trovano in eccezionale vicinanza al nano. solidisono soggetti ad evaporazione, si forma del gas - tale sotto forma di dischi è stato registrato attorno a diversi nani osservati. Prima o poi, il gas raggiunge la superficie del nano, trasportando qui i metalli.
I fatti rivelati sono stimati dagli astronomi come un contributo significativo alla scienza, poiché suggeriscono come si formano i pianeti. Questo è importante, poiché gli oggetti di ricerca che attraggono specialisti spesso non sono disponibili. Ad esempio, i pianeti che ruotano attorno a stelle più grandi del Sole sono estremamente rari da studiare: è troppo difficile a livello tecnico a disposizione della nostra civiltà. Invece, le persone sono state in grado di studiare i sistemi planetari dopo la trasformazione delle stelle in nane. Se riusciremo a svilupparci in questa direzione, sarà sicuramente possibile svelare nuovi dati sulla presenza di sistemi planetari e le loro caratteristiche distintive.
Le nane bianche, nell'atmosfera di cui sono stati rilevati metalli, ci permettono di avere un'idea della composizione chimica delle comete e di altri corpi cosmici. In effetti, gli scienziati semplicemente non hanno altro modo per valutare la composizione. Ad esempio, studiando i pianeti giganti, si può avere un'idea solo dello strato esterno, ma non ci sono informazioni affidabili sul contenuto interno. Questo vale anche per il nostro sistema "casa", poiché la composizione chimica può essere studiata solo da quel corpo celeste caduto sulla superficie della Terra o dove è stato possibile atterrare l'apparato di ricerca.
Come va?
Prima o poi, il nostro sistema planetario diventerà anche la "casa" di una nana bianca. Come dicono gli scienziati, il nucleo stellare hauna quantità limitata di materia per ottenere energia, e prima o poi le reazioni termonucleari si esauriscono. Il gas diminuisce di volume, la densità sale a una tonnellata per centimetro cubo, mentre negli strati esterni la reazione è ancora in corso. La stella si espande, diventando una gigante rossa, il cui raggio è paragonabile a centinaia di stelle uguali al Sole. Quando il guscio esterno smette di "bruciare", entro 100.000 anni c'è una dispersione della materia nello spazio, che è accompagnata dalla formazione di una nebulosa.
Il nucleo della stella, liberato dal guscio, abbassa la temperatura, il che porta alla formazione di una nana bianca. In effetti, una tale stella è un gas ad alta densità. Nella scienza, i nani sono spesso indicati come corpi celesti degenerati. Se la nostra stella fosse compressa e il suo raggio sarebbe di poche migliaia di chilometri, ma il peso sarebbe completamente preservato, allora qui si troverebbe anche una nana bianca.
Caratteristiche e punti tecnici
Il tipo di corpo cosmico in esame è in grado di risplendere, ma questo processo è spiegato da altri meccanismi oltre alle reazioni termonucleari. Il bagliore è chiamato residuo, è spiegato da una diminuzione della temperatura. Il nano è formato da una sostanza i cui ioni sono talvolta più freddi di 15.000 K. I moti oscillatori sono caratteristici degli elementi. A poco a poco, il corpo celeste diventa cristallino, il suo bagliore si indebolisce e il nano si evolve in marrone.
Gli scienziati hanno identificato un limite di massa per un tale corpo celeste - fino a 1,4 del peso del Sole, ma non superiore a questo limite. Se la massa supera questo limite,la stella non può esistere. Ciò è dovuto alla pressione di una sostanza in uno stato compresso: è inferiore all'attrazione gravitazionale che comprime la sostanza. C'è una compressione molto forte, che porta alla comparsa di neutroni, la sostanza viene neutronizzata.
Il processo di compressione può portare alla degenerazione. In questo caso si forma una stella di neutroni. La seconda opzione è la compressione continua, che prima o poi porta a un'esplosione.
Parametri e caratteristiche generali
La luminosità bolometrica della categoria di corpi celesti considerata rispetto alla caratteristica del Sole è inferiore a circa diecimila volte. Il raggio della nana è meno di cento volte il sole, mentre il peso è paragonabile a quello caratteristico della stella principale del nostro sistema planetario. Per determinare il limite di massa per un nano, è stato calcolato il limite di Chandrasekhar. Quando viene superato, il nano evolve in un' altra forma di corpo celeste. La fotosfera di una stella, in media, è costituita da materia densa, stimata in 105–109 g/cm3. Rispetto alla sequenza principale, è circa un milione di volte più denso.
Alcuni astronomi credono che solo il 3% di tutte le stelle della galassia siano nane bianche e alcuni sono convinti che ogni decimo appartenga a questa classe. Le stime variano molto sul motivo della difficoltà di osservare i corpi celesti: sono lontani dal nostro pianeta e brillano troppo debolmente.
Storie e nomi
Nel 1785, un corpo apparve nella lista delle stelle doppie, che Herschel stava osservando. La stella si chiamava 40 Eridani B. È lei che è considerata la prima persona vista della categoria bianca.nani. Nel 1910 Russell notò che questo corpo celeste ha un livello di luminosità estremamente basso, sebbene la temperatura del colore sia piuttosto alta. Nel corso del tempo, è stato deciso che i corpi celesti di questa classe dovrebbero essere separati in una categoria separata.
Nel 1844, Bessel, studiando le informazioni ottenute rintracciando Procione B, Sirio B, decise che entrambi si spostavano di tanto in tanto da una linea retta, il che significa che ci sono satelliti vicini. Una tale ipotesi sembrava improbabile alla comunità scientifica, dal momento che nessun satellite poteva essere visto, mentre le deviazioni potevano essere spiegate solo da un corpo celeste, la cui massa è eccezionalmente grande (simile a Sirio, Procione).
Nel 1962, Clark, lavorando con il più grande telescopio esistente all'epoca, identificò un corpo celeste molto debole vicino a Sirio. Era lui che si chiamava Sirius B, lo stesso satellite che Bessel aveva suggerito molto tempo prima. Nel 1896, gli studi hanno dimostrato che anche Procione aveva un satellite: si chiamava Procione B. Pertanto, le idee di Bessel furono pienamente confermate.
