Po miliardách rokov, keď je slnko v konečnom krku smrti (to znamená potom, čo už bolo vyparené Zem), sa jeho jadro hélia samo zrúti a scvrkne sa na pevne stlačenú guľu žiariaceho plynu nazývanú biely trpaslík. ,
Ale zatiaľ čo tieto hviezdne náhrobné kamene už bodujú našu galaktickú krajinu, ich vnútro zostáva záhadou vo fyzike - čo nie je prekvapením, keďže sú zvláštne.
Nedávno vytvoril pár vedcov sofistikovaný model, ktorý „pozerá“ na vnútornosti bieleho trpaslíka. A hádaj čo? Tieto kozmické podivné gule by mohli zahanbiť zemské hľuzovky, pretože sa zdá, že majú krémové centrá plné exotických kvantových tekutín.
Kedysi hrdá hviezda
Hviezdy ako naše slnko získavajú energiu tým, že vtavia vodík do hélia hlboko v ich jadrách. Táto výroba energie nemôže trvať večne - nakoniec sa vyčerpá dostupný vodík a strana sa zastaví. Ale na konci svojho života môžu hviezdy krátko zapnúť svetlá vypálením hélia a zanechať za sebou inertné, mŕtve jadro uhlíka a kyslíka.
Ale menšie hviezdy, ako je naše slnko, nemajú dostatok gravitačných oomfov na to, aby spojili uhlík a kyslík s ťažšími prvkami, ako je horčík alebo železo, a tak zomrú, obrátia sa naruby a uvoľnia svoju atmosféru na krásnu (alebo krvavú, v závislosti od vašich hľadisko) planetárna hmlovina.
Toto jadro uhlíka a kyslíka zostáva pozadu, podstatná časť hmoty hviezdy uzavretá vnútri jadra nie väčšieho ako Zem. Keď astronómovia prvýkrát objavili tieto podivné objekty - teraz známe ako bieli trpaslíci - mysleli si, že sú nemožné, s vypočítanou hustotou stúpajúcou nad miliardu krát väčšou ako vzduch, ktorý dýchame. Ako by mohlo niečo mať takú extrémnu hustotu a nielen sa zrútiť podľa svojej strašnej váhy?
Bieli trpaslíci však nie sú nemožní a teoretické poznatky začiatkom 20. storočia vyriešili záhadu, ako by bieli trpaslíci mohli existovať. Odpoveď prišla vo forme kvantovej mechaniky a uvedomenie si, že pri vysokých hustotách je príroda jednoducho veľmi divná. V prípade bielych trpaslíkov je možné vo vnútri zabaliť iba určitý počet elektrónov. Pretože sa tieto spriadacie elektróny navzájom odpudzujú, spoločne vytvárajú dostatočný tlak na to, aby udržali mŕtve hviezdy balónom hore, a vydržali aj takmer ohromné gravitačné sily.
Hviezdne mŕtvoly teda môžu žiť trilióny rokov.
Centrá naplnené krémom
Aj keď tieto prvotné výpočty ukázali, ako by v našom vesmíre mohli existovať bieli trpaslíci, astrofyzici vedeli, že jednoduché opisy nedokážu úplne zachytiť, čo sa deje v takýchto exotických jadrách. Koniec koncov, je to stav, ktorý je pre laboratóriá a experimenty tu na Zemi úplne neprístupný - kto vie, na aké divné hry sa príroda môže dostať, hlboko vo vnútri týchto mŕtvych sŕdc?
Fyzici aj astronómovia sa už celé desaťročia zaujímajú o interiéry bielych trpaslíkov. V nedávnom článku, ktorý sa objavil v predtlačovom časopise arXiv, navrhla dvojica ruských teoretických fyzikov nový model hlbokých jadier bielych trpaslíkov, v ktorých sa podrobne opisuje, ako ich model vychádza z predchádzajúcich prác a odchyľuje sa od nich a ako môžu pozorovatelia potenciálne zistiť, či je ich nový model presný.
V tomto novom modeli vedci simulovali jadro bieleho trpaslíka zloženého iba z jedného druhu ťažkých nabitých jadier (nie je to úplne presné, pretože biele trpaslíky sú zmesou niekoľkých prvkov, ako je uhlík a kyslík, ale je to dostatočne dobrý východiskový bod), pričom tieto častice boli ponorené do hustej polievky elektrónov.
Toto nastavenie predpokladá, že bieli trpaslíci sú dostatočne teplo, aby mali tekuté interiéry, čo je primeraný predpoklad, vzhľadom na to, že keď sa narodia (alebo skôr, keď sú konečne exponované po smrti svojich hostiteľských hviezd), majú teploty dobre viac ako milión stupňov kelvínov.
Vonkajšie vrstvy bieleho trpaslíka sú vystavené chladnému prostrediu čistého vákua, ktoré umožňuje vodíku usadiť sa na povrchu, čím sa získa ľahká a tenká atmosféra. A v extrémnych časoch sa bieli trpaslíci ochladzujú a nakoniec tvoria obrovský kryštál, ale to je dosť dlho na to, aby boli bieli trpaslíci väčšinou naplnení exotickou kvantovou tekutinou uhlíka a kyslíka, takže model použitý v tejto štúdii je relatívne presné pre veľkú časť života bieleho trpaslíka.
Podpisové povrchy
Pretože vnútornosti bieleho trpaslíka predstavujú jedno z najneobvyklejších prostredí vo vesmíre, ich štúdium by mohlo odhaliť niektoré hlboké vlastnosti kvantovej mechaniky v extrémnych podmienkach. Ale keďže vedci nikdy nemôžu dúfať, že sa k nemu pripoja v blízkosti bieleho trpaslíka, aby ho priviedli na vivisekciu, ako môžeme získať pohľad pod kapotu?
Vedci nového modelu ukázali, ako môže byť svetlo vyžarované bielymi trpaslíkmi odlišné teplo. Bieli trpaslíci sami nevytvárajú teplo; ich intenzívne teploty sú výsledkom extrémnych gravitačných tlakov, ktorým čelili, keď boli vo vnútri hviezd. Ale akonáhle ich hostiteľská hviezda odfúkne a oni sú vystavení vesmíru, intenzívne žiaria - v prvých niekoľkých tisíc rokoch po ich veľkom odhalení sú takí horúci, že vyžarujú röntgenové žiarenie.
Ale ochladzujú, stále pomaly, unikajú svoje teplo ako žiarenie do vesmíru. A pozorovali sme bielych trpaslíkov dosť dlho, aby sme ich videli v priebehu rokov a desaťročí ochladzovať. Ako rýchlo sa ochladzujú, závisí od toho, ako efektívne môže ich zachytené teplo uniknúť na povrch - čo zase závisí od presnej povahy ich vnútorností.
Ďalšou črtou, ktorú vedci ukázali, že by mohli byť použité na testovanie vnútri bielych trpaslíkov, je ich stále tak slabý výkyv. Podobne ako sa seizmografia používa na štúdium jadra Zeme, zloženie a charakter bieleho trpaslíka mení, ako sa vibrácie prejavia na povrchu.
Nakoniec môžeme pomocou populácií bielych trpaslíkov získať informácie o ich interiéroch, pretože vzťah medzi ich hmotnosťou a veľkosťou závisí od presných kvantovo-mechanických vzťahov, ktorými sa riadi ich interiér.
Nový výskum konkrétne naznačuje, že väčšina bielych trpaslíkov by sa mala ochladzovať rýchlejšie, než sme si mysleli, vibrovať o niečo menej často, ako naznačujú staršie modely, a byť o niečo väčšia, ako sa očakávalo, ako keby sme tento realistickejší model nezohľadnili. Teraz je na astronómoch, aby vykonali dostatočne presné merania, aby zistili, či skutočne rozumieme týmto exotickým prostrediam, alebo či na to musíme urobiť ďalšiu trhlinu.
- 8 spôsobov, ako môžete vidieť Einsteinovu teóriu relativity v reálnom živote
- 11 Fascinujúce fakty o našej Mliečnej dráhe
- 11 najväčších nezodpovedaných otázok týkajúcich sa temnej hmoty
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy Vaše miesto vo vesmíre.
