Cuando miramos el cielo nocturno, nos parece que todas las estrellas son iguales. El ojo humano distingue con gran dificultad el espectro visible de la luz emitida por cuerpos celestes distantes. La estrella, que es apenas visible, puede haberse extinguido durante mucho tiempo, y solo estamos viendo su luz. Cada una de las estrellas vive su propia vida. Algunos brillan incluso con luz blanca, otros parecen puntos brillantes con luz de neón pulsante. Otros más son puntos brillantes, apenas visibles en el cielo.
Cada una de las estrellas permanece en una cierta etapa de su evolución y, con el tiempo, se convierte en un cuerpo celestial de otra clase. En lugar de un punto brillante y deslumbrante en el cielo nocturno, aparece un nuevo objeto espacial, una enana blanca, una estrella envejecida. Esta etapa de la evolución es característica de la mayoría de las estrellas ordinarias. No evites un destino similar y nuestro sol.
¿Qué es una enana blanca: una estrella o un fantasma?
Sólo recientemente, en el siglo XX, quedó claro para los científicos que una enana blanca es todo lo que queda en el espacio de una estrella común. El estudio de las estrellas desde el punto de vista de la física termonuclear dio una idea de los procesos que se desarrollan en las profundidades de los cuerpos celestes. Las estrellas formadas como resultado de la interacción de las fuerzas de la gravedad representan un reactor termonuclear colosal en el que las reacciones en cadena de la fisión de los núcleos de hidrógeno y helio ocurren constantemente. En tales sistemas complejos, la tasa de evolución de los componentes no es la misma. Las enormes reservas de hidrógeno aseguran la vida de una estrella por miles de millones de años por delante. Las reacciones de hidrógeno termonuclear contribuyen a la formación de helio y carbono. Después de la fusión termonuclear, las leyes de la termodinámica entran en juego.
Después de que la estrella ha consumido todo el hidrógeno, su núcleo bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales y la enorme presión interna comienza a reducirse. Perdiendo la parte principal de su envoltura, el cuerpo celeste alcanza el límite de masa de la estrella, en el que puede existir como una enana blanca sin fuentes de energía, que continúa emitiendo calor por inercia. De hecho, las enanas blancas son estrellas de la clase de gigantes rojas y supergigantes que han perdido su capa exterior.
La fusión termonuclear agota una estrella. El hidrógeno se está secando y el helio, como un componente más masivo, puede evolucionar aún más, alcanzando un nuevo estado. Todo esto lleva al hecho de que al principio los gigantes rojos se forman en el sitio de una estrella ordinaria, y la estrella abandona la secuencia principal. Así, el cuerpo celestial, tomando el camino de su lento e inevitable envejecimiento, se transforma gradualmente. La vejez de la estrella es un largo camino hacia la no existencia. Todo esto está sucediendo muy lentamente. Una enana blanca es un cuerpo celeste, con el cual, fuera de la secuencia principal, ocurre el inevitable proceso de extinción. La reacción de la síntesis de helio conduce al hecho de que el núcleo de una estrella envejecida se encoge, la estrella finalmente pierde su cáscara.
Evolución de las enanas blancas.
Fuera de la secuencia principal, la estrella se está desvaneciendo. Bajo la influencia de la gravedad, el gas caliente de gigantes rojas y supergigantes se dispersa por todo el universo, formando una joven nebulosa planetaria. Después de cientos de miles de años, la nebulosa se ha dispersado, y en su lugar sigue siendo el núcleo degenerado de un gigante rojo de blanco. Las temperaturas de un objeto de este tipo son bastante altas desde 90000 K, estimándose desde la línea de absorción del espectro y hasta 130,000 K, cuando la evaluación se realiza dentro del espectro de rayos X. Sin embargo, debido a su pequeño tamaño, el enfriamiento de un cuerpo celeste ocurre muy lentamente.
Esa imagen del cielo estrellado, que observamos, tiene una edad de decenas a cientos de miles de millones de años. Donde vemos enanas blancas, otro cuerpo celeste ya puede existir en el espacio. La estrella se trasladó a la clase enana negra, la etapa final de la evolución. En realidad, en lugar de una estrella, queda un coágulo de materia, cuya temperatura es igual a la temperatura del espacio circundante. La característica principal de este objeto es la ausencia total de luz visible. Notar una estrella de este tipo en un telescopio óptico normal es bastante difícil debido a la baja luminosidad. El principal criterio para la detección de enanas blancas es la presencia de radiación ultravioleta de alta potencia y rayos X.
Todas las enanas blancas conocidas, según su espectro, se dividen en dos grupos:
- Objetos de hidrógeno, clase espectral DA, en el espectro de los cuales no hay líneas de helio;
- Enanas de helio, clase espectral DB. Las líneas principales en el espectro son en helio.
Las enanas blancas del tipo de hidrógeno constituyen la mayoría de la población, hasta el 80% de todos los objetos de este tipo actualmente conocidos. Las enanas de helio representan el 20% restante.
La etapa evolutiva, como resultado de la cual aparece una enana blanca, es la última para las estrellas no masivas, que incluyen nuestra estrella, el Sol. En esta etapa, la estrella tiene las siguientes características. A pesar del tamaño tan pequeño y compacto de una estrella, su materia estelar pesa exactamente tanto como se requiere para su existencia. En otras palabras, las enanas blancas que tienen radios 100 veces más pequeños que el radio del disco solar tienen una masa igual a la masa del Sol o incluso pesan más que nuestra estrella.
Esto sugiere que la densidad de la enana blanca es millones de veces más alta que la densidad de las estrellas ordinarias que están dentro de la secuencia principal. Por ejemplo, la densidad de nuestra estrella es de 1.41 g / cm³, mientras que la densidad de las enanas blancas puede alcanzar valores colosales de 105-110 g / cm3.
En ausencia de sus propias fuentes de energía, tales objetos se enfrían gradualmente, respectivamente, tienen una temperatura baja. En la superficie de las enanas blancas se registró una temperatura en el rango de 5000-50000 grados Kelvin. Cuanto más vieja es la estrella, más baja es su temperatura.
Por ejemplo, el vecino de la estrella más brillante de nuestro cielo, Sirio A, la enana blanca Sirio B, tiene una temperatura superficial de solo 2100 grados Kelvin. Dentro de este cuerpo celeste es mucho más caliente, casi 10,000 ° K. Sirius B fue la primera enana blanca descubierta por los astrónomos. El color de las enanas blancas descubiertas después de que Sirio B resultó ser tan blanco como la razón para dar este nombre a esta clase de estrellas.
Por el brillo de la luz, Sirius A es 22 veces el brillo de nuestro Sol, mientras que su hermana Sirius B brilla con una luz tenue, notablemente inferior en brillo a su deslumbrante vecino. Fue posible detectar la presencia de una enana blanca gracias a las imágenes de Sirius realizadas por el telescopio de rayos X Chandra. Las enanas blancas no tienen un espectro de luz pronunciado, por lo que estas estrellas se consideran objetos cósmicos suficientemente fríos. En el rango infrarrojo y de rayos X, Sirius B brilla mucho más y continúa emitiendo enormes cantidades de energía térmica. A diferencia de las estrellas ordinarias, donde la corona es la fuente de las ondas de rayos X, la enana blanca es la fuente de radiación de la fotosfera.
Estar fuera de la secuencia principal en la prevalencia de estas estrellas no son los objetos más comunes en el universo. En nuestra galaxia, la proporción de enanas blancas representa solo el 3-10% de los cuerpos celestes. Para esta parte de la población estelar de nuestra galaxia, la incertidumbre de la estimación dificulta que la radiación sea débil en la región polar visible. En otras palabras, la luz de las enanas blancas es incapaz de superar los grandes grupos de gas cósmico que forman los brazos de nuestra galaxia.
Mirada científica a la historia de la aparición de las enanas blancas.
Además, en los cuerpos celestes, en lugar de las principales fuentes secas de energía termonuclear, surge una nueva fuente de energía termonuclear, una reacción de triple helio o un proceso alfa triple que produce el agotamiento del helio. Estas suposiciones se confirmaron completamente cuando fue posible observar el comportamiento de las estrellas en el rango infrarrojo. El espectro de luz de una estrella ordinaria difiere significativamente de la imagen que vemos al mirar a las gigantes rojas y las enanas blancas. Para los núcleos degenerados de tales estrellas, hay un límite de masa superior, de lo contrario el cuerpo celeste se vuelve físicamente inestable y puede ocurrir un colapso.
Es casi imposible explicar una densidad tan alta que tienen las enanas blancas desde el punto de vista de las leyes físicas. Los procesos en curso se aclararon solo gracias a la mecánica cuántica, que permitió estudiar el estado del gas de electrones de la materia estelar. A diferencia de una estrella ordinaria, donde un modelo estándar se usa para estudiar el estado de un gas, en las enanas blancas, los científicos tratan la presión de un gas de electrones degenerado relativista. En términos simples, se observa lo siguiente. Con una compresión enorme de 100 o más veces, la materia estelar se convierte en un solo átomo grande, en el que todos los enlaces y cadenas atómicos se unen. En este estado, los electrones forman un gas electrónico degenerado, cuya nueva formación cuántica puede soportar las fuerzas de la gravedad. Este gas forma un núcleo denso sin cáscara.
Un estudio detallado de las enanas blancas que utilizan radiotelescopios y la óptica de rayos X reveló que estos objetos celestes no son tan simples y aburridos como puede parecer a primera vista. Dada la ausencia de reacciones termonucleares dentro de tales estrellas, surge la pregunta involuntariamente: de dónde proviene la enorme presión, que ha logrado equilibrar las fuerzas de la gravedad y las fuerzas de atracción interna.
Como resultado de la investigación de físicos en el campo de la mecánica cuántica, se creó un modelo de enana blanca. Bajo la acción de las fuerzas gravitacionales, la materia estelar se comprime a tal grado que las capas de electrones de los átomos se destruyen, los electrones comienzan su propio movimiento caótico, moviéndose de un estado a otro. Los núcleos de los átomos en ausencia de electrones forman un sistema, formando un enlace fuerte y estable entre ellos. Hay tantos electrones en la materia estelar que muchos estados se forman, respectivamente, la velocidad del electrón se conserva. La alta velocidad de las partículas elementales crea una tremenda presión interna de un gas degenerado por electrones, que es capaz de soportar las fuerzas de la gravedad.
¿Cuándo se dieron a conocer las enanas blancas?
A pesar de que la primera enana blanca, descubierta por los astrofísicos, es considerada Sirio B, hay partidarios de una versión de un conocido anterior de la comunidad científica con objetos estelares de esta clase. Ya en 1785, el astrónomo Herschel incluyó por primera vez en el catálogo estelar un sistema estelar triple en la constelación de Eridanus, dividiendo todas las estrellas por separado. Solo 125 años después, los astrónomos identificaron la luminosidad anormalmente baja de 40 Eridane B a una temperatura de color alta, lo cual fue la razón para separar tales objetos en una clase separada.
El objeto tenía una magnitud débil correspondiente a una magnitud de + 9.52m. La enana blanca tenía una masa de ½ solar y tenía un diámetro más pequeño que el de la tierra. Estos parámetros contradecían la teoría de la estructura interna de las estrellas, donde la luminosidad, el radio y la temperatura de la superficie de la estrella eran los parámetros clave para determinar la clase de una estrella. El diámetro pequeño, la baja luminosidad desde el punto de vista de los procesos físicos no correspondía a la alta temperatura del color. Esta discrepancia causó muchas preguntas.
De manera similar, la situación parecía con otra enana blanca, Sirus B. Como compañera de la estrella más brillante, la enana blanca tiene pequeñas dimensiones y una gran densidad de materia estelar: 106 g / cm3. Para comparación, la cantidad de la sustancia de este cuerpo celeste con una caja de cerillas pesaría más de un millón de toneladas en nuestro planeta. La temperatura de este enano es 2.5 veces más alta que la estrella principal del sistema Sirius.
Hallazgos científicos recientes
Los cuerpos celestes con los que tratamos son un terreno de prueba natural y natural, gracias al cual una persona puede estudiar la estructura de las estrellas, las etapas de su evolución. Si el nacimiento de las estrellas puede explicarse por leyes físicas que actúan de la misma manera en cualquier entorno, entonces la evolución de las estrellas se representa mediante procesos completamente diferentes. La explicación científica de muchos de ellos entra en la categoría de mecánica cuántica, la ciencia de las partículas elementales.
Las enanas blancas en esta luz miran los objetos más misteriosos:
- En primer lugar, el proceso de degeneración del núcleo de la estrella parece muy curioso, como resultado de lo cual la materia estelar no se separa en el espacio, sino que, por el contrario, se reduce a tamaños inimaginables;
- En segundo lugar, en ausencia de reacciones termonucleares, las enanas blancas siguen siendo objetos del espacio bastante calientes;
- En tercer lugar, estas estrellas, que tienen una alta temperatura de color, tienen una baja luminosidad.
Científicos de todo tipo, astrofísicos, físicos y científicos nucleares aún tienen que responder estas y muchas otras preguntas, que nos permitirán predecir el destino de nuestra propia luminaria. El sol espera el destino de una enana blanca, pero sigue siendo cuestionable si una persona puede ver el sol en este rol.
