Kas ir baltais punduris (baltais rūķis) — definīcija un īpašības
Uzzini, kas ir baltais punduris (baltais rūķis): definīcija, izcelsme, fiziskās īpašības, evolūcija un loma Piena Ceļā — vienkārši un saprotami.
Baltais punduris (saukts arī par balto rūķi) ir kompakta zvaigzne, kas sastāv no ļoti saspiestas matērijas. Gravitācija ir savilkusi atomuselektronus ierobežo nevis kodolsintēze, bet elektronu degenerācijas spiediens, kas neļauj zvaigznei sabrukt tālāk. Baltā pundurzvaigznes masa parasti ir līdzīga Saules masai, bet tās tilpums ir aptuveni līdzīgs Zemes tilpumam — tāpēc to blīvums ir milzīgs.
Veidošanās un evolūcija
Baltie pundurzvaigznes ir daudzu zvaigžņu evolūcijas beigu stāvoklis, ja to masa nav pietiekami liela, lai sabrukt līdz neitronu zvaigznei. Pēc galvenās sekvences zvaigznes, kura spējēja dedzināt ūdeņradi, dzīves beigām tā izplešas par sarkano milzi. Sarkana milža kodolā hēlijs var saplūst, veidojot oglekli un skābekli; ja zvaigznei nav pietiekamas masas, lai turpinātu kodolsintēzi uz oglekļa apvienošanos, tās centrā uzkrājas sausa, neaktīva oglekļa–skābekļa kodola masa.
Pēc tam, kad sarkanā milža ārējie slāņi tiek izmesti, veidojot planetāro miglāju, paliek kompakts kodols — baltais punduris. Šo procesu piedzīvos arī mūsu Saule — tā kļūs par balto rūķīti, kad iztērēs savu degvielu un zaudēs ārējos gāzu slāņus.
Fizikālās īpašības
- Masa: tipiski 0,5–0,7 Saules masas, bet var būt līdz ~1,4 Saules masas (Chandrasekhar limits) — virs šīs robežas baltais punduris vairs nevar pretoties sabrukumam un var pārvērsties par neitronu zvaigzni vai eksplodēt.
- Rādiuss: aptuveni Zemes izmēra, kas nozīmē, ka blīvums ir ļoti liels (vidēji kārtībā 10^6 g/cm^3; kodola blīvums var būt vēl lielāks).
- Enerģijas avots: balto punduru iekšienē vairs nenotiek ilgstošas kodolsintēzes reakcijas, tāpēc tie laika gaitā lēnām atdziest un zust.
- Sastāvs: visbiežāk ogleklis un skābeklis (C–O balti rūķi), mazākās masās vērojami He (helija) baltie rūķi; masīvākos progenitoros var būt O–Ne (skābeklis–neons).
- Temperatūra: jauni balti punduri var būt ļoti karsti (līdz vairāk nekā 100 000 K virsmas temperatūra), bet laika gaitā atdziest līdz dažiem tūkstošiem K.
- Magnētisms un rotācija: daudziem baltiem rūķiem ir stipri magnētiskie lauki (līdz ~10^9 G) un rotācijas periodi no sekunžu līdz dienu skalai.
Spektroskopija un klasifikācija
Balti rūķi tiek klasificēti pēc to spektra — piemēram, DA klase ar spēcīgu ūdeņraža spektru, DB ar dominējošu heliju utt. Augsts gravitācijas lauks izkropļo spektrālās līnijas (starp citu, tās ir ļoti plata), kas palīdz noteikt zvaigznes virsmas gravitāciju un masu.
Īpaši procesi un nozīme bifurcētās sistēmās
Balti rūķi spēlē nozīmīgu lomu binārajās sistēmās. Ja notiek materiāla piesaistīšana no blakusmātes, uz virsmas var uzkrāties ūdeņradis līdz temperatūrai, kur izveidojas termonukleāra eksplozija — nove. Ja baltais punduris iegūst pietiekami daudz masas un tuvojas Chandrasekhar limitam, iespējama termonukleāra sabrukuma eksplozija — Tipa Ia supernova, kas ir svarīgs attāluma mērs kosmoloģijā.
Aukšana, kristalizācija un ilgtermiņa liktenis
Pēc tam, kad baltais punduris zaudē sākotnējo siltumu, tas lēnām aukst un tumst. Procesa laikā iekšienē var notikt kristalizācija (piemēram, oglekļa kristalizācija), kas atbrīvo latentās siltumu un uz brīdi palēnina atdzišanu. Visbeidzot, hipotētiski, pēc ļoti ilga laika — ilgāk nekā Visuma pašreizējais vecums — tas kļūs par praktiski aukstu, neredzamu objektu, ko sauc par melno rūķi (black dwarf).
Statistika un novērojumi
Vairāk nekā 97 % zvaigžņu Piena Ceļā kļūs par baltajiem rūķīšiem.§1 Mūsdienu teleskopi un debess aptaujas (piem., Gaia) ir atklājušas simtiem tūkstošu balto rūķu un ļāvušas precīzāk noteikt to masu, rādiusu un dzesēšanās likumus. Novērojumi palīdz saprast zvaigžņu evolūciju, bināro mijiedarbību un kosmoloģiskas attāluma skalas, izmantojot Tipa Ia supernovas kā standarta spuldzes.
Baltais punduris ir tas, kas paliek no zvaigznes pēc ārējo slāņu atmešanas un kodola sablīvēšanās; tas ir kompakts, ilgi dzīvotspējīgs un gravitācijas dēļ pilns ar ekstrēmām fizikālām parādībām, ko pēta astrofiziķi visā pasaulē.
Siriusa A un Siriusa B attēls, kas uzņemts ar kosmisko teleskopu "Hubble". Siriuss B, kas ir baltais punduris, redzams kā vājš gaismas punktiņš daudz spožākā Siriusa A apakšējā kreisajā pusē.
Baltās pundurzvaigznes
Vēsture
Baltie rūķīši tika atklāti 18. gadsimtā. Pirmo balto pundurzvaigzni ar nosaukumu 40 Eridani B 1783. gada 31. janvārī atklāja Viljams Heršels. p73 Tā ir daļa no trīs zvaigžņu sistēmas ar nosaukumu 40 Eridani.
Otrais baltais punduris tika atklāts 1862. gadā, taču sākotnēji tika uzskatīts par sarkano punduri. Tā bija maza zvaigzne netālu no Sīriusa. Šīs pavadošās zvaigznes, ko sauca par Sīriusu B, virsmas temperatūra bija aptuveni 25 000 kelvīnu, tāpēc to uzskatīja par karstu zvaigzni. Tomēr Sīriuss B bija aptuveni 10 000 reižu vājāka par galveno zvaigzni Sīriusu A. Zinātnieki atklāja, ka Sīriusa B masa ir gandrīz tāda pati kā Saulei. Tas nozīmē, ka kādreiz Sīriuss B bija zvaigzne, kas līdzinājās mūsu Saulei.
1917. gadā Adrjans van Maanens atklāja balto rūķīti, ko nosauca par Van Maanen 2. Tas bija trešais atklātais baltais rūķītis. Tas ir Zemei tuvākais baltais rūķītis, izņemot Sīriusu B.
Starojums un temperatūra
Baltajam rūķim ir zems spožums (kopējais izstarotās gaismas daudzums), bet ļoti karsts kodols. Kodola temperatūra var būt 107 K, bet virsmas - tikai 104 K.
Baltais rūķītis, kad tas veidojas, ir ļoti karsts, bet, tā kā tam nav enerģijas avota, tas pakāpeniski izstaro savu enerģiju un atdziest. Tas nozīmē, ka tā starojums, kas sākumā piešķir tam zilu vai baltu krāsu, laika gaitā samazinās. Ļoti ilgā laikā baltais punduris atdzisīs līdz temperatūrai, pie kuras tas vairs neizstaro gaismu. Ja vien baltais punduris nesaņem vielu no pavadošās zvaigznes vai kāda cita avota, tā starojumu rada uzkrātais siltums. Tas netiek aizstāts.
Baltie rūķīši atdziest lēni divu iemeslu dēļ. Tiem ir ārkārtīgi maza virsma, no kuras izstarot siltumu, tāpēc tie atdziest pakāpeniski, ilgstoši saglabājot karstumu. Turklāt tie ir ļoti necaurspīdīgi. Degenerētā matērija, kas veido balto rūķīšu lielāko daļu, aiztur gaismu un citu elektromagnētisko starojumu, tāpēc starojums nespēj aiznest daudz enerģijas.
Galu galā visi baltie rūķīši atdzisīs un kļūs par melnajiem rūķīšiem, kurus tā sauc tāpēc, ka tiem trūkst enerģijas, lai radītu gaismu. Pagaidām vēl nav melno rūķu, jo baltajam rūķim atdzist ir nepieciešams ilgāks laiks nekā pašreizējais Visuma vecums. Melnais punduris ir tas, kas paliks no zvaigznes pēc tam, kad visa tās enerģija (siltums un gaisma) būs izlietota.
Atkārtota aizdegšanās
Baltie rūķīši var atkal aizdegties un eksplodēt kā supernovas, ja tie iegūst vairāk materiāla. Ir noteikta maksimālā masa, lai baltais rūķītis paliktu stabils. To sauc par Čandrasekhāra robežu.
Piemēram, punduris var piesaistīt materiālu no zvaigznes pavadones, tādējādi pārsniedzot Čandrasekhāra robežu. Papildu masa izraisītu oglekļa kodolsintēzes reakciju. Astronomi uzskata, ka šī atkārtota aizdegšanās varētu būt Ia tipa supernovu cēlonis.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir baltais punduris?
A: Baltais punduris ir kompakta zvaigzne, kuras matērija gravitācijas rezultātā ir saspiesta kopā, un tai ir atņemti elektroni.
J: Kāda ir baltā rūķa masa salīdzinājumā ar Saules masu?
A: Baltā pundurzvaigznes masa ir līdzīga Saules masai, bet tās tilpums ir līdzīgs Zemes tilpumam.
J: Kāda veida zvaigznes kļūst par baltajiem punduriem?
A: Baltie rūķīši ir visu to zvaigžņu evolūcijas beigu stāvoklis, kuru masa nav pietiekami liela, lai kļūtu par neitronu zvaigzni. Vairāk nekā 97 % zvaigžņu Piena Ceļā kļūs par baltajiem rūķīšiem.
J: Kā veidojas sarkanais milzis?
A: Pēc tam, kad beidzas ūdeņradi saturošas galvenās sekvences zvaigznes mūžs, tā izplešas, veidojot sarkano milzi, kura kodolā sakausē hēliju par oglekli un skābekli. Ja tai nav pietiekamas masas, lai sakausētu oglekli, tās centrā uzkrājas neaktīvs ogleklis un skābeklis.
J: Kas notiek pēc tam, kad tās ārējie slāņi izšķīst, veidojot planetāro miglāju?
A: Pēc ārējo slāņu izkliedēšanas, veidojot planetāro miglāju, paliek kodols, kas kļūst par balto rūķīti.
J: Vai baltajā rūķī notiek vielas kodolsintēzes reakcijas?
A: Nē, baltā rūķa materiālā vairs nenotiek kodolsintēzes reakcijas, tāpēc tam nav enerģijas avota, un to nevar uzturēt ar siltumu pret gravitācijas sabrukumu.
J: Kā mūsu Saule kļūst par balto rūķīti?
A: Mūsu Saule kļūs par balto pundurdzelīti, kad tai būs beigusies degviela, tuvojoties savas dzīves beigām; vispirms tā pāriet sarkanā milža stadiju, tad zaudē lielāko daļu gāzes, līdz tas, kas palicis, saraujas par jaunu balto pundurdzelīti.
Meklēt