Nauka

Życie po życiu, czyli biały karzeł to nie taka martwa gwiazda jak sądzono

przeczytasz w 4 min.

Biały karzeł to ciało niebieskie, ale także stadium ewolucji gwiazd o masach zbliżonych do masy naszego Słońca. Teoretycznie po osiągnięciu etapu białego karła, w takiej gwieździe ustają reakcje jądrowe. Ostatnie obserwacje teleskopu Hubble sugerują, że nie musi to być prawdą

Każda gwiazda jak i człowiek przechodzi różne etapy rozwoju. U człowieka mówimy bardziej o wzroście, dorastaniu, starzeniu się, w przypadku gwiazd odpowiednim określeniem jest także ewolucja. Gdyż gwiazdy to obiekty, których wiek nawet w przypadku masywniejszych, czyli najszybciej pokonujących etap zwykłej gwiazdy, liczymy w milionach lat.

Biały karzeł potocznie określa się mianem martwej gwiazdy. Ten dotychczasowy pogląd został właśnie podważony

Biały karzeł to etap ewolucji gwiazd mało masywnych, czyli takich, które nigdy nie skończą swojego życia w blasku supernowej. Etap, który w praktyce nie ma odpowiednika w życiu człowieka. Dlaczego? Taka gwiazda staje się białym karłem gdy odrzuci swoje zewnętrzne warstwy (utworzą one tzw. mgławicę planetarną, której nie należy mylić z dyskami protoplanetarnymi, rezerwuarem materii dla nowopowstających układów słonecznych). Pozostałe odsłonięte jądro przestaje wykazywać aktywność jądrową. Dla gwiazdy to w praktyce śmierć.

Co to jest biały karzeł?

To wypalone jądro gwiazdy o masach od około 0,17 do 1,33 masy Słońca przy czym większość ma masę równą 0,6 masy Słońca. Biały karzeł o masie Słońca ma rozmiar taki jak Ziemia. Oznacza to, że jego gęstość wynosi 108 g/cm3.

Kiedyś 98% wszystkich gwiazd we Wszechświecie, w tym Słońce, stanie się białymi karłami

To końcowy etap ewolucji gwiazd o początkowej masie mieszczącej się w zakresie od 0,5 do 8 mas Słońca. Mniej masywne istnieją jeszcze zbyt krótko, by pokonać fazę zwykłej gwiazdy. Te bardziej masywne przejdą od razu do fazy supernowej, choć istnieje szansa, że nawet gwiazdy o masie nieco większej niż limit staną się białymi karłami i wtedy będą wyróżniać się składem wewnętrznym.

Wizualizacja biały karzeł
Wizualizacja białego karla Syriusz B (po prawej), który towarzyszy gwieździe Syriusz A. Dla naszego oka cały układ to jeden obiekt zwany Syriuszem. Widać tu, że białe karły nie muszą być dosłownie białe, a ich faktyczna barwa zależy od temperatury powierzchni

Biały karzeł z perspektywy nauki to obiekt, w którym tworząca go materia (plazma) znajduje się w większości w stanie degeneracji elektronowej. Elektrony nie są w stanie już zmieniać swoich stanów kwantowo-spinowych, gdyż wszystkie dozwolone przez prawa fizyki są już obsadzone.

Ten stan tworzy tak zwane ciśnienie Pauliego, które przeciwstawia się grawitacji białego karła, dążącej do dalszego zapadania się obiektu. Mówiąc prostym językiem, białego karła o danej masie nie da w zasadzie mocniej ścisnąć niż to ma miejsce. Lecz im większa jego masa, tym mniejsza minimalna średnica.

Najmniejszy, a zarazem najmasywniejszy znany biały karzeł ma rozmiar porównywany z rozmiarem Księżyca, a waży około 1,35 masy Słońca

Biały karzeł nie emituje energii powstającej w reakcjach jądrowych. Emituje za to promieniowanie cieplne i choć z początku bardzo gorący to ze względu na bardzo małe rozmiary (rzędu średnicy Ziemi i mniejsze) jest też bardzo słabo świecącym obiektem. W miarę upływu czasu jego powierzchnia stygnie, i staje się coraz ciemniejszy.

Białe karły przez długi czas są na tyle gorące, że mogą stanowić źródło ciepła dla planet, na których mogłoby teoretycznie wyewoluować życie

Teoria zakłada przejście wychłodzonego białego karła do stanu czarnego karła, w którym następuje krystalizacja, ale czas na to potrzebny jeszcze nie upłynął.

Białe karły okiem Hubble oraz te, które można dostrzec amatorskim sprzętem obserwacyjnym

Białe karły zaliczamy do obiektów słabo świecących, trudnych do wykrycia w odległych gromadach gwiazdowych nawet przed duże teleskopy. Poniżej gromada M4 widziana z Ziemi oraz ujęcia z teleskopu Hubble z zaznaczonymi pozycjami białych karłów.

Białe karły M4

Mimo to miłośnicy astronomii nie są na straconej pozycji. Te znajdujące się niedaleko od Ziemi, choć jest ich niewiele mogą być obserwowane nawet przez niewielki amatorski teleskop. To między innymi:

  • Syriusz B (jasność 8.5 mag)
  • 40 Eridani B (jasność 9.5 mag)
  • Procjon B (jasność 10.7 mag)

Zmiana dotychczasowego punktu widzenia na temat białych karłów

Obiekty astronomiczne są jednak znane z tego, że nie przestają zadziwiać uprawiających ich naukowców. Białe karły są zresztą ciekawe z wielu powodów, choćby takich, że w odpowiednich warunkach poprzez akrecję materii prowadzącą do wzrostu masy mogą następnie przekształcić się w gwiazdę supernową (tzw. supernowe typu Ia). Inną ścieżką do supernowej, która może być równie powszechna jest zderzenie się dwóch białych karłów. Tym razem jednak chodzi nam o inną ciekawostkę, a o fakt, że biały karzeł wcale nie jest tak martwy jak sugeruje to dotychczasowy stan wiedzy i analogia do życia człowieka, w którym bicie serca jest odpowiednikiem stale zachodzących reakcji jądrowych.

Nie od dziś wiadomo, że na powierzchni standardowego białego karła znajduje się cienka powłoka helowa i jeszcze cieńsza otoczka wodorowa, które przesłaniają węglowo-tlenowe jądro. Obserwacje prowadzone przez teleskop Hubble wskazały, że w niektórych białych karłach w takiej wodorowej otoczce wciąż mogą zachodzić stabilne reakcje jądrowe, które są źródłem energii.

Taką nową populację białych karłów wyróżniono podczas porównawczej analizy 700 takich obiektów w gromadach kulistych M3 i M13. Obie zapewne są wam bardzo dobrze znane. Pierwsza z nich położona jest niedaleko gwiazdy Arktur, najjasniejszej w gwiazdozbiorze Wolarza. Z kolei M13 znajdziemy w gwiazdozbiorze Herkulesa. Dostrzeżemy je już przez niewielką lornetkę, a przy wyjątkowo dobrej widoczności nawet gołym okiem.

Gromady kuliste M13 i M3
Dwie gromady kuliste, których obserwacje przywiodły astronomów do nowego poglądu na temat białych karłów (fot: ESA/Hubble, NASA oraz G. Piotto i inni)

Astronomowie pod przewodnictwem Jianxing Chena z Uniwersytetu Bolońskiego oraz Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki wykorzystali kamerę WFC3 w teleskopie Hubble. Obserwacje w połączeniu z modelowaniem ewolucji gwiazd w obu gromadach doprowadziły do następującego wniosku. W gromadzie M3, w której mocno odewoluowane gwiazdy są ogólnie chłodniejsze, wszystkie białe karły to obiekty klasyczne, czyli stanowiące odsłonięte jadra gwiazd z nieaktywną otoczką. Z kolei w M13, gdzie istnieje liczna populacja gorących gwiazd na późnym etapie ewolucji, oprócz takich zwykłych białych karłów, istnieje nadmiar jasnych białych karłów. Można go wytłumaczyć istnienie białych karłów z otoczkami, w ktorych wciąż zachodzi stabilna reakcja spalania wodoru.

Tak wygenerowane promieniowanie dokłada sie do promieniowania termicznego. Z tego też powodu takie nieumarłe białe karły stygną wolniej przez co wydają się młodsze niż są w rzeczywistości.

Jak nieumarłe białe karły mogą zmienić nasze postrzeganie Wszechświata?

Białe karły podlegają, wedle dotychczasowej wiedzy, ścisłej relacji wiek a temperatura powierzchni. Najstarsze białe karły w danej grupie gwiazd to obiekty, których wiek jest nieznacznie tylko większy od wieku danego skupiska gwiazd. Dzięki temu białe karły doskonale nadają się do pomiaru wieku skupisk gwiazdowych takich jak gromady otwarte czy gromady kuliste, a także grupy gwiazd w dysku galaktycznym. W tych obiektach istnieje pewność, że białe karły są z nimi związane bezpośrednio i mają też podobny wiek co cała gromada.

Podważenie wspomnianej relacji poprzez wprowadzenie dodatkowej klasy białych karłów o aktywnej jądrowo otoczce, może prowadzić do błędnych oszacowań wieku grup gwiazd o niskiej zawartości metali. Rzędu miliarda lat, co nawet w skali kosmicznej jest sporym błędem. A z błędnego oszacowanie wieku może propagować się na błędne szacunki dla innych własności obiektów astronomicznych. 

Źródło: inf. własna, ESA, NASA

Komentarze

16
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    derunim
    4
    Białe karły jeszcze będą świecić dziesiątki miliardów lat, gdy po głupocie ludzkiej nie pozostanie nawet pył...
    • avatar
      figer
      2
      Łał! Dawno tu nie było żadnego ciekawego artykułu - same klickbajty. A tu nagle taki artykuł. Brawo!
      • avatar
        piomiq
        1
        Fajny ciekawy artykuł. Przyjemnie się czytało :).
        • avatar
          Kapitan Nocz
          -8
          Białe karły, czarne dziury, ciemna materia... ciekawe kiedy się do tego kosmicznego rasizmu [email protected]#oli lewactwo ? :D
          • avatar
            greghostor
            0
            Ciekawe