PITIC ALB: CARACTERISTICI, COMPOZIȚIE, FORMARE, TIPURI - ARTE - 2025

O pitică albă este o stea în ultimele etape ale evoluției sale, care a consumat deja tot hidrogenul din miezul său, precum și combustibilul din reactorul său interior. În aceste condiții, steaua se răcește și se contractă uimitor datorită gravității sale.

Are numai căldura păstrată în timpul existenței sale, așa că, într-un fel, un pitic alb este ca bătrâna care rămâne după ce a dat foc unei focuri colosale. Va trece milioane de ani până când ultima suflare a căldurii sale o va părăsi, transformând-o într-un obiect rece și întunecat.

Figura 1. Close-up a sistemului binar Sirius A (stea principală) și Sirius B (pitic alb) în razele X luate de Chandra. Sursa: Wikimedia Commons.

Descoperire

Deși acum sunt cunoscuți ca fiind abundenți, nu au fost niciodată ușor de observat, deoarece sunt extrem de mici.

Prima pitică albă a fost descoperită de William Herschel în 1783, ca parte a sistemului stelelor Eridani 40, în constelația Eridano, a cărei stea cea mai strălucitoare este Achernar, vizibilă spre sud (în emisfera nordică) în timpul iernii.

40 Eridani este format din trei stele, una dintre ele, 40 Eridane A. este vizibilă cu ochiul liber, dar 40 Eridani B și 40 Eridani C sunt mult mai mici. B este o pitică albă, în timp ce C este o pitică roșie.

Ani mai târziu, după descoperirea sistemului 40 Eridani, astronomul german Friedrich Bessel a descoperit în 1840 că Sirius, cea mai strălucitoare stea din Canis Major, are un tovarăș discret.

Bessel a observat mici sinuozități în traiectoria lui Sirius, a cărei explicație nu putea fi decât apropierea unei alte stele mai mici. Se numea Sirius B, de aproximativ 10.000 de ori mai slab decât splendidul Sirius A.

S-a dovedit că Sirius B era la fel de mic sau mai mic decât Neptun, dar cu o densitate incredibil de mare și o temperatură de suprafață de 8000 K. Și, din moment ce radiația lui Sirius B corespunde spectrului alb, a devenit cunoscută sub numele de „pitic alb”.

Și de atunci, fiecare stea cu aceste caracteristici este numită așa, deși piticele albe pot fi și roșii sau galbene, deoarece au o varietate de temperaturi, albul fiind cel mai frecvent.

caracteristici

Până în prezent, aproximativ 9000 de stele clasificate drept pitici albe au fost documentate, conform Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proiect dedicat realizării hărților tridimensionale detaliate ale universului cunoscut. După cum am spus, nu sunt ușor de descoperit datorită slabei luminozități.

Există destul de multe pitici albe în vecinătatea Soarelui, multe dintre ele descoperite de astronomii G. Kuyper și W. Luyten la începutul anilor 1900. Prin urmare, principalele sale caracteristici au fost studiate cu o ușurință relativă, conform tehnologiei disponibile.

Cele mai deosebite sunt:

- Dimensiuni mici, comparabile cu o planetă.

- Densitate mare.

- Luminozitate scăzută.

- Temperaturile cuprinse între 100000 și 4000 K.

- Au câmp magnetic.

- Au o atmosferă de hidrogen și heliu.

- Câmp gravitațional intens.

- Pierdere redusă de energie din cauza radiațiilor, motiv pentru care se răcesc foarte lent.

Datorită temperaturii și luminozității, se știe că razele lor sunt foarte mici. Un pitic alb a cărui temperatură de suprafață este similară cu cea a Soarelui, abia emite o mie din a luminozității sale. Prin urmare, suprafața piticului trebuie să fie foarte mică.

Figura 2. Sirius B și planeta Venus au aproximativ același diametru. Tagged

Această combinație de temperatură ridicată și rază mică face ca steaua să apară albă, așa cum am menționat mai sus.

În ceea ce privește structura lor, se speculează că acestea au un nucleu solid de natură cristalină, înconjurat de materie în stare gazoasă.

Acest lucru este posibil datorită transformărilor succesive care au loc în reactorul nuclear al unei stele: de la hidrogen la heliu, de la heliu la carbon și de la carbon la elemente mai grele.

Este o posibilitate reală, deoarece temperatura din miezul piticului este suficient de scăzută pentru a exista un miez solid.

De fapt, a fost descoperită recent o pitică albă care are un miez de diamant cu diametrul de 4000 km, localizat în constelația Alpha Centauri, la 53 de ani lumină de Pământ.

Densitatea piticilor albi

Problema densității piticilor albi a provocat o mare consternare în rândul astronomilor la sfârșitul secolului XIX și începutul secolului XX Calculele au indicat densități foarte mari.

O pitică albă poate avea o masă de până la 1,4 ori mai mare decât cea a Soarelui nostru, comprimată la dimensiunea Pământului. În acest fel, densitatea sa este de un milion de ori mai mare decât cea a apei și este tocmai ceea ce susține piticul alb. Cum este posibil?

Mecanica cuantică susține că particulele precum electronii pot ocupa doar anumite niveluri de energie. Există, de asemenea, un principiu care limitează dispunerea electronilor în jurul nucleului atomic: principiul excluderii Pauli.

Conform acestei proprietăți a materiei, este imposibil ca doi electroni să aibă aceeași stare cuantică în cadrul aceluiași sistem. În plus, în materie obișnuită nu toate nivelurile de energie permise sunt de obicei ocupate, doar unele sunt.

Așa se explică de ce densitățile substanțelor terestre sunt numai de ordinul câtorva grame pe centimetru cub.

Materie degenerată

Fiecare nivel de energie ocupă un anumit volum, astfel încât regiunea care ocupă un nivel să nu se suprapună cu cea a altuia. În acest fel, două niveluri cu aceeași energie pot coexista fără probleme, atât timp cât nu se suprapun, deoarece există o forță de degenerare care o împiedică.

Aceasta creează un fel de barieră cuantică care limitează contracția materiei într-o stea, creând o presiune care compensează colapsul gravitațional. Aceasta menține integritatea piticului alb.

Între timp, electronii umplu toate pozițiile de energie posibile, completând rapid cele mai mici și numai cele cu cea mai mare energie fiind disponibile.

În aceste condiții, cu toate stările energetice ocupate, materia este într-o stare care în fizică este numită stare degenerată. Este starea densității maxime posibile, conform principiului excluderii.

Dar, deoarece incertitudinea în poziția △ x a electronilor este minimă, datorită densității mari, prin principiul incertitudinii Heisenberg, incertitudinea în momentul liniar △ p va fi foarte mare, pentru a compensa mărimea △ x și a împlini Asa de:

△ x △ p ≥ ћ / 2

Unde ћ este h / 2π, unde h este constanta lui Planck. Astfel, viteza electronilor se apropie de viteza luminii și presiunea pe care o exercită crește, deoarece coliziunile cresc și ele.

Această presiune cuantică, numită presiune Fermi, este independentă de temperatură. Acesta este motivul pentru care o pitică albă poate avea energie la orice temperatură, inclusiv zero absolut.

Evoluţie

Datorită observațiilor astronomice și simulărilor computerizate, formarea unei stele tipice precum Soarele nostru se realizează după cum urmează:

- În primul rând, gazul și praful cosmic abundent în hidrogen și heliu se condensează datorită gravitației, pentru a da naștere protostarului, un obiect stelar tânăr. Protostarul este o sferă cu contract rapid, a cărei temperatură crește treptat pe parcursul a milioane de ani.

- Odată ce o masă critică este atinsă și odată cu creșterea temperaturii, reactorul nuclear este pornit în interiorul stelei. Când se întâmplă acest lucru, fuziunea de hidrogen începe și steaua se alătură așa-numitei secvențe principale (a se vedea figura 3).

- După timp, hidrogenul din nucleu este epuizat și începe aprinderea hidrogenului în straturile cele mai exterioare ale stelei, precum și cea a heliului din nucleu.

- Steaua se extinde, crescând în luminozitate, scăzând temperatura și înroșind. Aceasta este faza uriașului roșu.

- Straturile cele mai exterioare ale stelei sunt detașate datorită vântului stelar și formează o nebuloasă planetară, deși nu există planete în ea. Această nebuloasă înconjoară miezul stelei (mult mai fierbinte), care, odată epuizată rezerva de hidrogen, începe să ardă heliu pentru a forma elemente mai grele.

- Nebuloasa se disipează, lăsând miezul contractant al stelei originale, care devine un pitic alb.

Deși fuziunea nucleară a încetat, în ciuda faptului că are încă material, steaua are încă o rezervă incredibilă de căldură, care se emite foarte lent prin radiații. Această fază durează mult timp (aproximativ 10 ¹⁰ ani, vârsta estimată a universului).

- Odată rece, lumina pe care o emitea dispare complet și piticul alb devine un pitic negru.

Figura 3. Ciclul de viață al stelelor. Sursa: Wikimedia Commons. RN Bailey

Evoluția Soarelui

Cel mai probabil, Soarele nostru, datorită caracteristicilor sale, trece prin etapele descrise. Astăzi Soarele este o stea adultă în secvența principală, dar toate stelele o părăsesc la un moment dat, mai devreme sau mai târziu, deși majoritatea vieții lor sunt petrecute acolo.

Va fi nevoie de multe milioane de ani pentru a intra în următoarea etapă a uriașului roșu. Când se va întâmpla acest lucru, Pământul și celelalte planete interioare vor fi înghițite de Soarele în creștere, dar înainte de asta, oceanele se vor evapora cel mai probabil și Pământul va deveni un deșert.

Nu toate stelele trec prin aceste etape. Depinde de masa sa. Cele care sunt mult mai masive decât Soarele au un final mult mai spectaculos, deoarece sfârșesc ca supernove. Rămășița în acest caz poate fi un obiect astronomic particular, cum ar fi o gaură neagră sau o stea cu neutroni.

Limita Chandrasekhar

În 1930, un astrofizician hindus în vârstă de 19 ani pe nume Subrahmanyan Chandrasekhar a determinat existența unei mase critice în stele.

O stea a cărei masă este sub această valoare critică urmează calea unui pitic alb. Dar dacă masa lui este peste vârf, zilele lui se termină într-o colosală explozie. Aceasta este limita Chandrasekhar și este de aproximativ 1,44 ori mai mare decât Soarele nostru.

Se calculează astfel:

Aici N este numărul de electroni pe unitate de masă, ћ este constanta lui Planck divizată la 2π, c este viteza luminii în vid, iar G este constanta gravitațională universală.

Aceasta nu înseamnă că stelele mai mari decât Soarele nu pot deveni pitici albi. Pe parcursul șederii sale în secvența principală, steaua pierde continuu din masă. De asemenea, face acest lucru în faza sa nebuloasă gigantică și planetară.

Pe de altă parte, odată transformată într-o pitică albă, puternica gravitație a stelei poate atrage masă dintr-o altă stea din apropiere și crește propria sa. După depășirea limitei Chandrasekhar, capătul piticului - și celelalte stele - poate să nu fie la fel de lent ca cel descris aici.

Această apropiere poate reporni reactorul nuclear extins și poate duce la o explozie supernova extraordinară (supernovele Ia).

Compoziţie

Când hidrogenul din nucleul unei stele a fost transformat în heliu, acesta începe să fuzioneze atomii de carbon și oxigen.

Iar când rezerva de heliu este epuizată pe rând, pitica albă este compusă în principal din carbon și oxigen, iar în unele cazuri neon și magneziu, cu condiția ca nucleul să aibă suficientă presiune pentru a sintetiza aceste elemente.

Figura 4. Steaua AE Aquarii este o pitică albă pulsantă. Sursa: NASA prin Wikimedia Commons.

Posibil piticul are o atmosferă subțire de heliu sau hidrogen, deoarece greutatea stelei este mare, elementele grele tind să se acumuleze în centru, lăsând pe suprafață cele mai ușoare.

În unele pitici este chiar posibil să fuzionați atomii de neon și să creați nuclee solide de fier.

Instruire

Așa cum am spus în paragrafele anterioare, piticul alb se formează după ce steaua își epuizează rezerva de hidrogen. Apoi se umflă și se extinde și apoi expulzează materia sub formă de nebuloasă planetară, lăsând nucleul în interior.

Acest miez, format din materie degenerată, este ceea ce este cunoscut sub numele de o stea pitică albă. Odată ce reactorul de fuziune este oprit, se contractă și se răcește lent, pierzând toată energia termică și luminozitatea sa.

Tipuri de pitici albe

Pentru a clasifica stelele, inclusiv piticele albe, se folosește tipul spectral, care la rândul său depinde de temperatură. Pentru a denumi stelele pitice, se folosește o majusculă D, urmată de una din aceste litere: A, B, C, O, Z, Q, X. Aceste alte litere: P, H, E și V denotă o altă serie de caracteristici mult. mai particular.

Fiecare din aceste scrisori denotă o caracteristică proeminentă a spectrului. De exemplu, o stea DA este o pitică albă al cărei spectru are o linie de hidrogen. Și un pitic DAV are linia de hidrogen și, în plus, V indică că este o stea variabilă sau pulsantă.

În cele din urmă, un număr între 1 și 9 este adăugat la seria de litere pentru a indica indicele de temperatură n:

n = 50400 / T efectiv al stelei

O altă clasificare a piticilor albi se bazează pe masa lor:

- Aproximativ 0,5 M soare

- Masa medie: între 0,5 și 8 ori M Sol

- Între 8 și 10 ori masa Soarelui.

Exemple de pitici albe

- Sirius B din constelația Can Major, tovarășul lui Sirius A, cea mai strălucitoare stea din cerul nopții. Este cea mai apropiată pitică albă dintre toate.

- AE Aquarii este o pitică albă care emite impulsuri cu raze X.

- 40 Eridani B, la distanță de 16 ani-lumină. Este observabil cu un telescop

- HL Tau 67 aparține constelației Taurului și este o pitică albă variabilă, prima de acest gen descoperită.

- DM Lyrae face parte dintr-un sistem binar și este un pitic alb care a explodat ca nova în secolul XX.

- WD B1620 este o pitică albă care aparține și unui sistem binar. Steaua de companie este o stea pulsantă. În acest sistem există o planetă care le orbitează pe amândouă.

- Procyon B, însoțitorul lui Procyon A, în constelația câinelui mic.

Figura 5. Sistemul binar Procyon, piticul alb este un punct minuscul din dreapta. Sursa: Giuseppe Donatiello via Flickr.

Referințe

1. Carroll, B. O introducere în astrofizica modernă. 2a. Ediție. Pearson.
2. Martínez, D. Evoluția stelară. Recuperat din: Google Cărți.
3. Olaizola, I. Piticele albe. Recuperat de la: telesforo.aranzadi-zientziak.org.
4. Oster, L. 1984. Astronomie modernă. Editorial Reverté.
5. Wikipedia. Piticii albi. Recuperat din: es. wikipedia.org.
6. Wikipedia. Lista piticilor albi. Recuperat de pe en.wikipedia.org.