کوتوله سفید ستاره ای است که در فضای ما بسیار رایج است. دانشمندان آن را نتیجه تکامل ستارگان، مرحله نهایی تکامل می نامند. در مجموع، دو سناریو برای اصلاح یک جسم ستاره ای وجود دارد، در یک مورد مرحله نهایی یک ستاره نوترونی و در دیگری یک سیاهچاله است. کوتوله ها آخرین مرحله تکاملی هستند. آنها منظومه های سیاره ای در اطراف خود دارند. دانشمندان با بررسی نمونه های غنی شده با فلز توانستند این موضوع را تعیین کنند.
پس زمینه
کوتوله های سفید ستارگانی هستند که در سال 1919 توجه ستاره شناسان را به خود جلب کردند. برای اولین بار، چنین جرم آسمانی توسط دانشمندی از هلند به نام مانن کشف شد. برای زمان خود، متخصص یک کشف غیر معمول و غیرمنتظره انجام داد. کوتوله ای که او دید شبیه یک ستاره بود، اما اندازه های کوچک غیر استاندارد داشت. با این حال، این طیف مانند یک جرم آسمانی عظیم و بزرگ بود.
دلایل چنین پدیده عجیبی مدتی است که دانشمندان را به خود جذب کرده است، بنابراین تلاش زیادی برای مطالعه ساختار کوتوله های سفید انجام شده است. این پیشرفت زمانی حاصل شد که آنها فرض وفور ساختارهای فلزی مختلف را در جو یک جرم آسمانی بیان و اثبات کردند.
لازم به توضیح است که فلزات در اخترفیزیک همه نوع عنصری هستند که مولکولهای آنها از هیدروژن و هلیوم سنگین تر است و ترکیب شیمیایی آنها از این دو ترکیب مترقی تر است. هلیوم، هیدروژن، همانطور که دانشمندان موفق به ایجاد آن شدند، بیش از هر ماده دیگری در جهان ما پراکنده است. بر این اساس، تصمیم گرفته شد که هر چیز دیگری به عنوان فلز تعیین شود.
توسعه تم
اگرچه اندازه کوتوله های سفید بسیار متفاوت از خورشید برای اولین بار در دهه بیست میلادی دیده شد، تنها نیم قرن بعد مردم متوجه شدند که وجود ساختارهای فلزی در جو ستاره یک پدیده معمولی نیست. همانطور که مشخص شد، هنگامی که در جو قرار می گیرند، علاوه بر دو ماده رایج، مواد سنگین تر، به لایه های عمیق تر منتقل می شوند. مواد سنگین که در میان مولکول های هلیوم، هیدروژن قرار دارند، در نهایت باید به سمت هسته ستاره حرکت کنند.
دلایل مختلفی برای این روند وجود داشت. شعاع یک کوتوله سفید کوچک است، چنین اجسام ستاره ای بسیار فشرده هستند - بیهوده نیست که آنها نام خود را گرفتند. به طور متوسط، شعاع آن با شعاع زمین قابل مقایسه است، در حالی که وزن آن مشابه وزن ستاره ای است که منظومه سیاره ای ما را روشن می کند. این نسبت ابعاد و وزن باعث شتاب سطح گرانشی فوق العاده بزرگ می شود. در نتیجه، رسوب فلزات سنگین در اتمسفر هیدروژن و هلیوم تنها چند روز زمینی پس از ورود مولکول به کل جرم گاز رخ می‌دهد.
ویژگی ها و مدت
گاهی ویژگی های کوتوله های سفیدبه گونه ای هستند که فرآیند ته نشینی مولکول های مواد سنگین را می توان برای مدت طولانی به تاخیر انداخت. مطلوب ترین گزینه ها، از دیدگاه ناظری از زمین، فرآیندهایی هستند که میلیون ها، ده ها میلیون سال طول می کشد. با این حال، چنین بازه های زمانی در مقایسه با طول عمر خود جسم ستاره ای بسیار کوتاه است.
تکامل یک کوتوله سفید به گونه ای است که اکثر تشکیلات مشاهده شده توسط انسان در حال حاضر چند صد میلیون سال زمین هستند. اگر این را با کندترین فرآیند جذب فلزات توسط هسته مقایسه کنیم، تفاوت بیش از حد قابل توجه است. بنابراین، تشخیص فلز در اتمسفر یک ستاره قابل مشاهده خاص به ما این امکان را می دهد که با اطمینان نتیجه بگیریم که بدن در ابتدا چنین ترکیب جوی نداشته است، در غیر این صورت تمام اجزای فلزی مدت ها پیش ناپدید می شدند.
نظریه و عمل
مشاهداتی که در بالا توضیح داده شد، و همچنین اطلاعات جمع‌آوری‌شده در طی چندین دهه در مورد کوتوله‌های سفید، ستاره‌های نوترونی، سیاهچالهها، نشان می‌دهد که اتمسفر ادغام‌های فلزی را از منابع خارجی دریافت می‌کند. دانشمندان ابتدا به این نتیجه رسیدند که این محیط بین ستارگان است. یک جرم آسمانی از میان چنین ماده ای حرکت می کند، ماده را روی سطح خود جمع می کند و در نتیجه جو را با عناصر سنگین غنی می کند. اما مشاهدات بیشتر نشان داد که چنین نظریه ای غیرقابل دفاع است. همانطور که کارشناسان تصریح کردند، اگر تغییر جو به این صورت اتفاق می‌افتد، کوتوله عمدتاً هیدروژن را از بیرون دریافت می‌کند، زیرا محیط بین ستارگان در قسمت عمده آن توسط هیدروژن ومولکول های هلیوم تنها درصد کمی از محیط را ترکیبات سنگین تشکیل می دهد.
اگر نظریه ای که از مشاهدات اولیه کوتوله های سفید، ستاره های نوترونی، سیاهچاله ها شکل گرفته بود خود را توجیه می کرد، کوتوله ها از هیدروژن به عنوان سبک ترین عنصر تشکیل می شدند. این اجازه نمی دهد حتی اجرام آسمانی هلیوم وجود داشته باشد، زیرا هلیوم سنگین تر است، به این معنی که تجمع هیدروژن آن را کاملاً از چشم ناظر خارجی پنهان می کند. بر اساس حضور کوتوله های هلیوم، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که محیط بین ستاره ای نمی تواند به عنوان تنها و حتی منبع اصلی فلزات در جو اجرام ستاره ای باشد.
چگونه توضیح دهیم؟
دانشمندانی که سیاهچاله ها، کوتوله های سفید را در دهه 70 قرن گذشته مورد مطالعه قرار دادند، پیشنهاد کردند که اجزای فلزی را می توان با سقوط دنباله دارها بر روی سطح یک جرم آسمانی توضیح داد. درست است که در یک زمان چنین ایده هایی بسیار عجیب و غریب تلقی می شد و مورد حمایت قرار نمی گرفت. این تا حد زیادی به این دلیل بود که مردم هنوز از وجود منظومه های سیاره ای دیگر اطلاعی نداشتند - فقط منظومه شمسی "خانه" ما شناخته شده بود.
گام مهمی به جلو در مطالعه سیاهچالهها، کوتوله‌های سفید در پایان دهه بعد، یعنی دهه هشتم قرن گذشته برداشته شد. دانشمندان به ویژه ابزارهای مادون قرمز قدرتمندی برای رصد اعماق فضا در اختیار دارند که تشخیص تشعشعات فروسرخ در اطراف یکی از ستاره شناسان کوتوله سفید شناخته شده را ممکن می سازد. این دقیقاً در اطراف کوتوله آشکار شد که جو آن حاوی فلز بودگنجاندن.
تشعشعات فروسرخ، که تخمین دمای کوتوله سفید را ممکن کرد، به دانشمندان نیز گفت که جسم ستاره ای توسط ماده ای احاطه شده است که می تواند تشعشعات ستاره ای را جذب کند. این ماده تا یک سطح دمایی خاص، کمتر از دمای یک ستاره، گرم می شود. این به شما امکان می دهد تا به تدریج انرژی جذب شده را تغییر دهید. تابش در محدوده مادون قرمز رخ می دهد.
علم به جلو می رود
طیف های کوتوله سفید موضوع مطالعه ذهن پیشرفته دنیای ستاره شناسان شده است. همانطور که معلوم شد، از آنها می توانید اطلاعات زیادی در مورد ویژگی های اجرام آسمانی به دست آورید. مشاهدات اجسام ستاره ای با تشعشعات مادون قرمز بیش از حد مورد توجه بود. در حال حاضر امکان شناسایی حدود سه ده سیستم از این نوع وجود داشته است. درصد اصلی آنها با استفاده از قوی ترین تلسکوپ اسپیتزر مورد مطالعه قرار گرفت.
دانشمندان با مشاهده اجرام آسمانی دریافتند که چگالی کوتوله های سفید به طور قابل توجهی کمتر از این پارامتر است که مشخصه غول ها است. همچنین مشخص شد که تشعشعات مادون قرمز اضافی به دلیل وجود دیسک هایی است که توسط یک ماده خاص تشکیل شده است که می تواند تابش انرژی را جذب کند. این همان چیزی است که سپس انرژی ساطع می کند، اما در یک محدوده طول موج متفاوت.
دیسک‌ها به‌طور استثنایی نزدیک هستند و تا حدی بر جرم کوتوله‌های سفید تأثیر می‌گذارند (که نمی‌تواند از حد چاندراسخار تجاوز کند). شعاع بیرونی دیسک آواری نامیده می شود. گفته شده است که در هنگام تخریب برخی از بدن تشکیل شده است. به طور متوسط، شعاع از نظر اندازه با خورشید قابل مقایسه است.
اگر به منظومه سیاره ای ما توجه کنید، مشخص می شود که نسبتاً نزدیک به "خانه" می توانیم نمونه مشابهی را مشاهده کنیم - اینها حلقه هایی هستند که زحل را احاطه کرده اند که اندازه آنها با شعاع زحل نیز قابل مقایسه است. ستاره ما با گذشت زمان، دانشمندان دریافتند که این ویژگی تنها ویژگی مشترک کوتوله ها و زحل نیست. به عنوان مثال، هم سیاره و هم ستارگان دارای صفحه های بسیار نازکی هستند که هنگام تابش از طریق نور شفاف نیستند.
نتیجه گیری و توسعه نظریه
از آنجایی که حلقه‌های کوتوله‌های سفید با حلقه‌هایی که زحل را احاطه کرده‌اند، قابل مقایسه هستند، می‌توان نظریه‌های جدیدی را ارائه کرد که حضور فلزات را در جو این ستارگان توضیح می‌دهد. اخترشناسان می‌دانند که حلقه‌های اطراف زحل در اثر از هم گسیختگی جزر و مد برخی اجرام که به اندازه کافی به سیاره نزدیک هستند تا تحت تأثیر میدان گرانشی آن قرار بگیرند، تشکیل شده‌اند. در چنین شرایطی، بدن خارجی نمی تواند جاذبه خود را حفظ کند، که منجر به نقض یکپارچگی می شود.
حدود پانزده سال پیش، نظریه جدیدی ارائه شد که تشکیل حلقه های کوتوله سفید را به روشی مشابه توضیح می داد. فرض بر این بود که در ابتدا کوتوله ستاره ای در مرکز منظومه سیاره ای بود. جسم آسمانی در طول زمان تکامل می یابد که میلیاردها سال طول می کشد، متورم می شود، پوسته خود را از دست می دهد و این باعث تشکیل یک کوتوله می شود که به تدریج سرد می شود. به هر حال، رنگ کوتوله های سفید دقیقاً با دمای آنها توضیح داده می شود. برای برخی، 200000 K. تخمین زده می شود.
منظومه سیارات در جریان چنین تکاملی می تواند زنده بماند، که منجر بهانبساط بخش بیرونی منظومه به طور همزمان با کاهش جرم ستاره. در نتیجه منظومه بزرگی از سیارات تشکیل می شود. سیارات، سیارک ها و بسیاری از عناصر دیگر از تکامل جان سالم به در می برند.
بعدی چیست؟
پیشرفت سیستم می تواند منجر به بی ثباتی آن شود. این منجر به بمباران فضای اطراف سیاره توسط سنگ ها می شود و سیارک ها تا حدی از منظومه خارج می شوند. با این حال، برخی از آنها به مدارها حرکت می کنند و دیر یا زود خود را در شعاع خورشیدی کوتوله می یابند. برخورد اتفاق نمی افتد، اما نیروهای جزر و مدی منجر به نقض یکپارچگی بدن می شود. خوشه ای از این سیارک ها شکلی شبیه به حلقه های اطراف زحل به خود می گیرد. بنابراین، یک دیسک زباله در اطراف ستاره تشکیل می شود. چگالی کوتوله سفید (حدود 10^7 گرم بر سانتی متر مکعب) و دیسک آواری آن به طور قابل توجهی متفاوت است.
نظریه توصیف شده به توضیح نسبتاً کامل و منطقی تعدادی از پدیده های نجومی تبدیل شده است. از طریق آن می توان فهمید که چرا قرص ها فشرده هستند، زیرا یک ستاره نمی تواند در تمام مدت وجودش توسط قرصی با شعاع قابل مقایسه با خورشید احاطه شود، در غیر این صورت چنین قرص هایی در ابتدا در بدن او قرار می گیرند.
با توضیح شکل گیری دیسک ها و اندازه آنها، می توان فهمید که ذخایر عجیب فلزات از کجا می آید. ممکن است به سطح ستاره ختم شود و کوتوله را با مولکول های فلزی آلوده کند. نظریه توصیف شده، بدون تضاد با شاخص های آشکار شده از چگالی متوسط کوتوله های سفید (از مرتبه 10^7 گرم بر سانتی متر مکعب)، ثابت می کند که چرا فلزات در جو ستارگان مشاهده می شوند، چرا اندازه گیری مواد شیمیاییترکیب با وسایلی که احتمالاً برای انسان قابل دسترسی است و به چه دلیل توزیع عناصر مشابه ویژگی سیاره ما و سایر اجرام مورد مطالعه است.
نظریه ها: آیا فایده ای دارد؟
ایده توصیف شده به طور گسترده ای به عنوان مبنایی برای توضیح اینکه چرا پوسته ستارگان با فلزات آلوده شده اند، چرا دیسک های باقی مانده ظاهر شدند، استفاده شد. علاوه بر این، از آن نتیجه می شود که یک منظومه سیاره ای در اطراف کوتوله وجود دارد. در این نتیجه گیری تعجب کمی وجود دارد، زیرا بشر ثابت کرده است که بیشتر ستارگان منظومه سیارات خود را دارند. این ویژگی هم برای آنهایی است که شبیه خورشید هستند و هم برای آنهایی که بسیار بزرگتر از ابعاد آن هستند - یعنی کوتوله های سفید از آنها تشکیل می شوند.
موضوعات تمام نشده
حتی اگر نظریه ای که در بالا توضیح داده شد را به طور کلی پذیرفته و اثبات کنیم، برخی از سؤالات برای ستاره شناسان تا به امروز باز باقی مانده است. جالب توجه خاص، ویژگی انتقال ماده بین دیسک ها و سطح یک جرم آسمانی است. همانطور که برخی نشان می دهند، این به دلیل تشعشعات است. تئوری هایی که به این روش انتقال ماده را توصیف می کنند بر اساس اثر پوینتینگ-رابرتسون هستند. این پدیده که تحت تأثیر آن ذرات به آرامی در مداری به دور یک ستاره جوان حرکت می کنند و به تدریج به سمت مرکز حرکت می کنند و در یک جرم آسمانی ناپدید می شوند. احتمالاً، این تأثیر باید در دیسک‌های باقیمانده اطراف ستاره‌ها ظاهر شود، یعنی مولکول‌هایی که در قرص‌ها وجود دارند دیر یا زود خود را در مجاورت استثنایی کوتوله می‌بینند. مواد جامددر معرض تبخیر هستند، گاز تشکیل می شود - مانند دیسک هایی در اطراف چندین کوتوله مشاهده شده ثبت شده است. دیر یا زود، گاز به سطح کوتوله می رسد و فلزات را به اینجا منتقل می کند.
حقایق آشکار شده توسط اخترشناسان به عنوان کمک قابل توجهی به علم تخمین زده می شود، زیرا آنها نحوه تشکیل سیارات را نشان می دهند. این مهم است، زیرا موضوعاتی برای تحقیق که متخصصان را جذب می کنند اغلب در دسترس نیستند. به عنوان مثال، مطالعه سیاراتی که به دور ستارگان بزرگتر از خورشید می چرخند بسیار نادر است - در سطح فنی که برای تمدن ما در دسترس است بسیار دشوار است. در عوض، مردم توانسته اند پس از تبدیل ستاره ها به کوتوله، منظومه های سیاره ای را مطالعه کنند. اگر بتوانیم در این راستا توسعه پیدا کنیم، مطمئناً می‌توان داده‌های جدیدی در مورد حضور منظومه‌های سیاره‌ای و ویژگی‌های متمایز آنها آشکار کرد.
کوتوله‌های سفید، که فلزات در اتمسفر آنها شناسایی شده‌اند، به ما اجازه می‌دهند تا ایده‌ای از ترکیب شیمیایی دنباله‌دارها و دیگر اجرام کیهانی به دست آوریم. در واقع، دانشمندان راه دیگری برای ارزیابی ترکیب ندارند. به عنوان مثال، با مطالعه سیارات غول پیکر، می توان فقط از لایه بیرونی ایده گرفت، اما اطلاعات قابل اعتمادی در مورد محتوای درونی وجود ندارد. این در مورد سیستم "خانه" ما نیز صدق می کند، زیرا ترکیب شیمیایی را فقط می توان از آن جرم آسمانی که به سطح زمین افتاد یا جایی که امکان فرود دستگاه تحقیقاتی وجود داشت، مطالعه کرد.
حالت چطوره؟
دیر یا زود، منظومه سیاره ای ما نیز به "خانه" یک کوتوله سفید تبدیل خواهد شد. همانطور که دانشمندان می گویند، هسته ستاره ای داردمقدار محدودی ماده برای به دست آوردن انرژی، و دیر یا زود واکنش های گرما هسته ای تمام می شوند. حجم گاز کاهش می یابد، چگالی آن به یک تن در سانتی متر مکعب می رسد، در حالی که در لایه های بیرونی واکنش هنوز ادامه دارد. ستاره منبسط می شود و به یک غول سرخ تبدیل می شود که شعاع آن با صدها ستاره برابر با خورشید قابل مقایسه است. وقتی پوسته بیرونی «سوختن» متوقف می‌شود، ظرف 100000 سال پراکندگی ماده در فضا رخ می‌دهد که با تشکیل یک سحابی همراه است.
هسته ستاره که از پوسته آزاد شده است، دما را کاهش می دهد که منجر به تشکیل یک کوتوله سفید می شود. در واقع چنین ستاره ای گازی با چگالی بالاست. در علم، کوتوله ها اغلب به عنوان اجرام آسمانی منحط شناخته می شوند. اگر ستاره ما فشرده می شد و شعاع آن فقط چند هزار کیلومتر بود، اما وزن آن کاملاً حفظ می شد، آنگاه یک کوتوله سفید نیز در اینجا رخ می داد.
ویژگی ها و نکات فنی
نوع جسم کیهانی مورد بررسی قادر به درخشش است، اما این فرآیند با مکانیسم های دیگری غیر از واکنش های گرما هسته ای توضیح داده می شود. درخشش باقیمانده نامیده می شود، که با کاهش دما توضیح داده می شود. کوتوله توسط ماده ای تشکیل می شود که یون های آن گاهی سردتر از 15000 کلوین هستند. حرکات نوسانی مشخصه عناصر است. به تدریج، جسم آسمانی کریستالی می شود، درخشش آن ضعیف می شود و کوتوله به رنگ قهوه ای تبدیل می شود.
دانشمندان حد جرمی را برای چنین جرم آسمانی شناسایی کرده اند - تا 1.4 وزن خورشید، اما نه بیشتر از این حد. اگر جرم از این حد تجاوز کند،ستاره نمی تواند وجود داشته باشد این به دلیل فشار یک ماده در حالت فشرده است - کمتر از جاذبه گرانشی است که ماده را فشرده می کند. یک فشرده سازی بسیار قوی وجود دارد که منجر به ظهور نوترون ها می شود، ماده نوترونیزه می شود.
فرایند فشرده سازی می تواند منجر به انحطاط شود. در این حالت یک ستاره نوترونی تشکیل می شود. گزینه دوم ادامه فشرده سازی است که دیر یا زود منجر به انفجار می شود.
پارامترها و ویژگی‌های عمومی
درخشندگی بولومتری دسته اجرام سماوی در نظر گرفته شده نسبت به مشخصه خورشید کمتر از حدود ده هزار برابر است. شعاع کوتوله کمتر از صد برابر خورشید است، در حالی که وزن آن با ویژگی ستاره اصلی منظومه سیاره ای ما قابل مقایسه است. برای تعیین حد جرم برای یک کوتوله، حد چاندراسخار محاسبه شد. وقتی از آن فراتر رفت، کوتوله به شکل دیگری از یک جرم آسمانی تبدیل می شود. فتوسفر یک ستاره به طور متوسط از ماده متراکم تشکیل شده است که بین 105-109 گرم بر سانتی متر مکعب تخمین زده می شود. در مقایسه با دنباله اصلی، حدود یک میلیون بار متراکم تر است.
برخی از ستاره شناسان بر این باورند که تنها 3 درصد از کل ستاره های کهکشان کوتوله سفید هستند و برخی متقاعد شده اند که هر دهم آن متعلق به این کلاس است. برآوردها در مورد دلیل دشواری رصد اجرام آسمانی بسیار متفاوت است - آنها از سیاره ما دور هستند و خیلی کم نور می درخشند.
داستان ها و نام ها
در سال 1785، جسمی در فهرست ستارگان دوتایی ظاهر شد که هرشل آن را مشاهده می کرد. این ستاره 40 Eridani B نام داشت. او اولین کسی است که از دسته سفیدها دیده می شود.کوتوله ها در سال 1910، راسل متوجه شد که این جرم آسمانی سطح درخشندگی بسیار کمی دارد، اگرچه دمای رنگ آن بسیار بالاست. با گذشت زمان، تصمیم بر این شد که اجرام آسمانی از این طبقه باید به یک دسته جداگانه تقسیم شوند.
در سال 1844، بسل، با مطالعه اطلاعات به دست آمده از ردیابی Procyon B، Sirius B، به این نتیجه رسید که هر دوی آنها هر از گاهی از یک خط مستقیم جابجا می شوند، به این معنی که ماهواره های نزدیک وجود دارند. چنین فرضی برای جامعه علمی بعید به نظر می رسید، زیرا هیچ ماهواره ای را نمی توان مشاهده کرد، در حالی که انحرافات را فقط می توان توسط یک جرم آسمانی توضیح داد، جرم آن فوق العاده بزرگ است (مشابه سیریوس، پروسیون).
در سال 1962، کلارک، که با بزرگترین تلسکوپ موجود در آن زمان کار می کرد، یک جرم آسمانی بسیار کم نور را در نزدیکی سیریوس شناسایی کرد. او بود که سیریوس بی نامیده می شد، همان ماهواره ای که بسل مدت ها قبل پیشنهاد داده بود. در سال 1896، مطالعات نشان داد که پروسیون یک ماهواره نیز دارد - آن را پروسیون بی نامیدند. بنابراین، ایده‌های بسل کاملاً تأیید شد.
