Каковы примерные размеры белых карликов. Внутреннее строение Солнца. Рентгеновское излучение белых карликов

Нейтронная звезда

Расчеты показывают, что при взрыве сверхновой с M ~ 25M остается плотное нейтронное ядро (нейтронная звезда) с массой ~ 1.6M . В звездах с остаточной массой M > 1.4M , не достигших стадии сверхновой, давление вырожденного электронного газа также не в состоянии уравновесить гравитационные силы и звезда сжимается до состояния ядерной плотности. Механизм этого гравитационного коллапса тот же, что и при взрыве сверхновой. Давление и температура внутри звезды достигают таких значений, при которых электроны и протоны как бы “вдавливаются” друг в друга и в результате реакции

Поскольку белые карлики больше не имеют ядерного синтеза в своих ядрах, они будут уплотняться под действием силы тяжести, пока электроны не будут разнесены неестественно вместе. Когда электроны физически не могут быть раздавлены дальше, звезда достигла состояния вырожденного вещества. В настоящее время законы квантовой физики мешают ему уменьшиться, и звезда, вероятно, останется в этом состоянии, так как ее ядро ​​остынет, возможно, от десятков до сотен миллиардов лет. Ближайшим белым карликом для нас является Сириус Б, который находится в 6 световых годах от нас.

после выброса нейтрино образуются нейтроны, занимающие гораздо меньший фазовый объем, чем электроны. Возникает так называемая нейтронная звезда, плотность которой достигает 10 14 - 10 15 г/см 3 . Характерный размер нейтронной звезды 10 - 15 км. В некотором смысле нейтронная звезда представляет собой гигантское атомное ядро. Дальнейшему гравитационному сжатию препятствует давление ядерной материи, возникающее за счет взаимодействия нейтронов. Это также давление вырождения, как ранее в случае белого карлика, но - давление вырождения существенно более плотного нейтронного газа. Это давление в состоянии удерживать массы вплоть до 3.2M .
Нейтрино, образующиеся в момент коллапса, довольно быстро охлаждают нейтронную звезду. Согласно теоретическим оценкам температура ее падает с 10 11 до 10 9 K за время ~ 100 с. Дальше темп остывания несколько уменьшается. Однако он достаточно высок по астрономическим масштабам. Уменьшение температуры с 10 9 до 10 8 K происходит за 100 лет и до 10 6 K - за миллион лет. Обнаружить нейтронные звезды оптическими методами довольно сложно из-за малого размера и низкой температуры.
В 1967 г. в Кембриджском университете Хьюиш и Белл открыли космические источники периодического электромагнит-ного излучения - пульсары. Периоды повторения импульсов боль-шинства пульсаров лежат в интервале от 3.3·10 -2 до 4.3 с. Согласно современным представлениям, пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды, имеющие массу 1 - 3M и диаметр 10 - 20 км. Только компактные объекты, имеющие свойства нейтронных звезд, могут сохранять свою форму, не разрушаясь при таких скоростях вращения. Сохранение углового момента и магнитного поля при образовании нейтронной звезды приводит к рождению быстро вращающихся пульсаров с сильным магнитным полем B ~ 10 12 Гс.
Считается, что нейтронная звезда имеет магнитное поле, ось которого не совпадает с осью вращения звезды. В этом случае излучение звезды (радиоволны и видимый свет) скользит по Земле как лучи маяка. Когда луч пересекает Землю регистрируется импульс. Само излучение нейтронной звезды возникает за счет того, что заряженные частицы с поверхности звезды двигаются вовне по силовым линиям магнитного поля, испуская электромагнитные волны. Этот механизма радиоизлучения пульсара, впервые предложенный Голдом, показан на рис. 39.

Самые крутые белые карлики все еще очень горячие, но ученые считают, что они будут продолжать охлаждать, пока они не станут мертвыми черными карликами, которые больше не выделяют никакой энергии. Существует альтернативная судьба, когда белый карлик достаточно близко к другой звезде, например, в двоичной системе. Когда это произойдет, белый карлик может получить достаточную массу от своей сестринской звезды, что его гравитационные силы вызовут взрыв сверхновой.

Форма с солнечной массой. Они о размере земли, но в них есть целая солнечная масса! Белые карлики, когда звезда-предшественник прольет свои внешние оболочки после этапа Красного Гиганта в виде планетарной туманности, образуют из остаточной массы. Критическим верхним пределом является масса Чандрасекара 46 солнечных масс. Эта предельная масса не зависит от центральной плотности и радиуса и зависит только от состава белого карлика. Математически получается предел массы от отношения масса-радиус политропии и численного решения так называемого уравнения Лейна-Эмдена.

Если пучок излучения попадает на земного наблюдателя, то радиотелескоп фиксирует короткие импульсы радиоизлучения с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды. Форма импульса может быть очень сложной, что обусловлено геометрией магнитосферы нейтронной звезды и является характерной для каждого пульсара. Периоды вращения пульсаров строго постоянны и точности измерения этих периодов доходят до 14-значной цифры.
В настоящее время обнаружены пульсары, входящие в двойные системы. Если пульсар вращается по орбите вокруг второго компонента, то должны наблюдаться вариации периода пульсара вследствие эффекта Допплера. Когда пульсар приближается к наблюдателю, регистрируемый период радиоимпульсов из-за допплеровского эффекта уменьшается, а когда пульсар удаляется от нас, его период увеличивается. На основе этого явления и были обнаружены пульсары, входящие в состав двойных звезд. Для впервые обнаруженного пульсара PSR 1913 + 16, входящего в состав двойной системы, орбитальный период обращения составил 7 часов 45 мин. Собственный период обращения пульсара PSR 1913 + 16 равен 59 мс.
Излучение пульсара должно приводить к уменьшению скорости вращения нейтронной звезды. Такой эффект также был обнару-жен. Нейтронная звезда, входящая в состав двойной системы, может быть и источником интенсивного рентгеновского излучения.
Структура нейтронной звезды массой 1.4M и радиусом 16 км показана на рис. 40.

Что спасает гнома от краха?

В это уравнение включены только уравнение состояния политропии, предположение о гидростатическом равновесии и уравнение Пуассона гравитационного поля. Массивные звезды производят более тяжелые элементы до железа в процессах ядерного синтеза. Астрономы в настоящее время знают около 600 белых карликов.

Солнце станет белым карликом

Особая форма двоичных звезд, которые всегда имеют белый карлик как компактный компонент, являются катаклизмическими переменными. Земля не потерпит холодной смерти, но океаны испарятся через огромную жару раздутого красного гиганта! Ядро звезды после слияния гелия состоит из углерода и кислорода, но не достигает необходимой температуры для воспламенения их слияния, в то время как гелий и водород продолжают сливаться в оболочках вокруг ядра. Слияние гелия очень зависит от температуры. Увеличение температуры приводит к тому, что скорость слияния значительно возрастает, что, в свою очередь, повышает температуру.

I - тонкий внешний слой из плотно упакованных атомов. В областях II и III ядра расположены в виде объемно-центрированной кубической решетки. Область IV состоит в основном из нейтронов. В области V вещество может состоять из пионов и гиперонов, образуя адронную сердцевину нейтронной звезды. Отдельные детали строения нейтронной звезды в настоящее время уточняются.
Образование нейтронных звезд не всегда является следствием вспышки сверхновой. Возможен и другой механизм образования нейтронных звезд в ходе эволюции белых карликов в тесных двойных звездных системах. Перетекание вещества звезды-компаньона на белый карлик постепенно увеличивает массу белого карлика и по достижении критической массы (предела Чандрасекара) белый карлик превращается в нейтронную звезду. В случае, когда перетекание вещества продолжается и после образования нейтронной звезды, её масса может существенно увеличиться и в результате гравитационного коллапса она может превратиться в черную дыру. Это соответствует так называемому “тихому” коллапсу.
Компактные двойные звезды могут проявляться и как источники рентгеновского излучения. Оно также возникает за счет аккреции вещества, падающего с “нормальной” звезды на более компактную. При аккреции вещества на нейтронную звезду с B > 10 10 Гс вещество падает в район магнитных полюсов. Рентгеновское излучение модулируется её вращением вокруг оси. Такие источники называют рентгеновскими пульсарами.
Существуют рентгеновские источники (называемые барстерами), в которых периодически с интервалом от нескольких часов до суток происходят всплески излучения. Характерное время нарастания всплеска - 1 сек. Длительность всплеска от 3 до 10 сек. Интенсивность в момент всплеска может на 2 - 3 порядка превосходить светимость в спокойном состоянии. В настоящее время известно несколько сотен таких источников. Считается, что всплески излучения происходят в результате термоядерных взрывов вещества, накопившегося на поверхности нейтронной звезды в результате аккреции.
Хорошо известно, что на малых расстояниях между нуклонами (< 0.3·10 -13 см) ядерные силы притяжения сменяются силами оттал-кивания, т. е. противодействие ядерного вещества на малых расстояниях сжимающей силе тяготения увеличивается. Если плотность вещества в центре нейтронной звезды превышает ядерную плотность ρ яд и достигает 10 15 г/см 3 , то в центре звезды наряду с нуклонами и электронами образуются также мезоны, гипероны и другие более массивные частицы. Исследования поведения вещества при плотностях, превышающих ядерную плотность, в настоящее время находятся в начальной стадии и имеется много нерешенных проблем. Расчеты показывают, что при плотностях вещества ρ > ρ яд возможны такие процессы, как появление пионного конденсата, переход нейтронизованного вещества в твердое кристаллическое состояние, образование гиперонной и кварк-глюонной плазмы. Возможно образование сверхтекучего и сверхпроводящего состояний нейтронного вещества.
В соответствии с современными представлениями о поведении вещества при плотностях в 10 2 - 10 3 раз, превышающих ядерную (а именно о таких плотностях идет речь, когда обсуждается внутреннее строение нейтронной звезды), внутри звезды образуются атомные ядра вблизи границы устойчивости. Более глубокое понимание может быть достигнуто в результате исследования состояния вещества в зависимости от плотности, температуры, устойчивости ядерной материи при экзотических отношениях числа протонов к числу нейтронов в ядре n p /n n , учете слабых процессов с участием нейтрино. В настоящее время практически единственной возможностью исследования вещества при плотностях больших ядерной являются ядерные реакции между тяжелыми ионами. Однако, экспериментальные данные по столкновению тяжелых ионов дают пока недостаточно информации, т. к. достижимые значения n p /n n как для ядра - мишени, так и для налетающего ускоренного ядра невелики (~ 1 - 0.7).
Точные измерения периодов радиопульсаров показали, что скорость вращения нейтронной звезды постепенно замедляется. Это связано с переходом кинетической энергии вращения звезды в энергию излучения пульсара и с эмиссией нейтрино. Небольшие скачкообразные изменения периодов радиопульсаров объясняются накоплением напряжений в поверхностном слое нейтронной звезды, сопровождающимся “растрескиванием” и “разломами”, что и приводит к изменению скорости вращения звезды. В наблюдаемых временных характеристиках радиопульсаров содержится информация о свойствах “коры” нейтронной звезды, физических условиях внутри неё и о сверхтекучести нейтронного вещества. В последнее время обнаружено значительное число ра-диопульсаров с периодами меньшими 10 мс. Это требует уточнения представлений о процессах, происходящих в нейтронных звездах.
Другой проблемой является исследование нейтринных процессов в нейтронных звездах. Эмиссия нейтрино является одним из механизмов потери энергии нейтронной звездой в течении 10 5 - 10 6 лет после её образования.

Из-за возрастающего давления излучения звездная оболочка расширяется, остывает, скорость реакции снижается, давление излучения уменьшается, оболочка сжимается и снова нагревается. Таким образом образуются длительные, сильные пульсации, в ходе которых большие части звездной оболочки удаляются. После каждого отталкивания более горячий слой звездной оболочки подвергается воздействию, пока в конечном итоге не появятся фотоны, которые обладают высокой энергией, достаточной для ионизации отбракованного газа.

Это становится видимым как планетарная туманность, окружающая остатки бывшего красного гиганта. Планетарные туманности около одного светового года, продолжают расширяться и становятся частью межзвездной среды. И белые гномы Что остается от красного гиганта, когда вся его оболочка отталкивается, это белый карлик. В белом карлике нет конвекции и, следовательно, никакого смешивания, поэтому он имеет структуру оболочки с кислородом в центре, поэтому в оболочках углерода, гелия, водорода. Кислород и углерод составляют более 99% массы.

2 Происхождение белых карликов

    2.1 Тройная гелиевая реакция и изотермические ядра красных гигантов 2.2 Потеря массы красными гигантами и сброс ими оболочки
3 Физика и свойства белых карликов
    3.1 Зависимость масса-радиус и предел Чандрасекара 3.2 Особенности спектров
4 Классификация белых карликов 5 Астрономические феномены с участием белых карликов
    5.1 Рентгеновское излучение белых карликов 5.2 Аккреция на белые карлики в двойных системах

Примечания
Литература

Кроме того, в этом звездном остатке не происходит никаких процессов слияния. Таким образом, гравитационный потенциал больше не противодействует никакому радиационному давлению. Поэтому белые карлики являются объектами с очень высокой плотностью около. То, что препятствует их дальнейшему разрушению, - это дегенерация электронного газа, квантово-механический эффект, основанный на принципе Паули, и приводящий к так называемому давлению Ферми, которое сохраняет стабильность белых звезд. Из этих соображений следует также верхний предел массы для белых карликов, так называемой границы Чандрасекара.

Введение

Белые карлики - звезды низкой светимости с массами, сопоставимыми с массой Солнца, и высокими эффективными температурами. Название белые карлики связана с цветом первых открытых представителей этого класса - Сириуса B и 40 Эридана B. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела они расположены на 10-12 m ниже зрение главной последовательности такого же спектрального класса .

Более тяжелая звезда остается коллапсом в более плотные объекты, которые описаны ниже. С их огромной плотностью и массой вокруг солнечной массы вокруг, белые дварфы о размере земли, отсюда и название, как карлик. За их низкой площадью поверхности следует низкая яркость при высоких поверхностных температурах. Поэтому белые карлики в диаграмме Герцпрунга-Рассела находятся в левом нижнем углу. Излучение поглощается тепловой энергией.

Звезды сверхновых с массой подвергаются всем процессам слияния вплоть до производства железа. Когда ядро ​​звезды полностью слито с железом, достигнут конец серии процессов слияния. Гравитационный потенциал больше не противодействует радиационному давлению, и ядро ​​разрушается. Масса ядра превышает предел Чандрасекара и не стабилизируется как белый карлик давлением Ферми электронного газа. Вместо этого дальнейшее уплотнение приводит к генерации нейтронов из протонов и электронов путем захвата электронов.

Радиусы белых карликов примерно в 100 раз меньше солнечного, соответственно, их светимость в ~раз меньше солнечной. Плотность вещества белых карликов составляетг / см 3, в миллионы раз больше плотности вещества в звездах главной последовательности. По численности белые карлики составляют 3-10% зрение Галактики. Однако известна лишь небольшая их часть, потому что из-за низкой светимостью обнаружены лишь те, расстояние до которых не превышает 200-300 пк.

В результате получается нейтронный газ с плотностью атомных ядер. Вырождение нейтронного газа и, таким образом, наступление давления Ферми резко прекращает коллапс. Отражается весь материал, разрушающийся на ядре, и различные гидродинамические и другие процессы вызывают взрыв оставшегося материала, окружающего ядро. Звезда заканчивается сверхновой. Светимость сверхновой составляет миллионы в миллиарды раз больше, чем у предыдущей звезды, делая ее такой же яркой, как полная галактика. Вспышка обычно наблюдается в течение нескольких дней.

По современным представлениям белые карлики - конечный продукт эволюции нормальных звезд с массами от солнечной массы до 8-10 солнечных масс. Они образуются после исчерпания источников термоядерной энергии в недрах звезды и сброса оболочки.

1. История открытия

1.1. Открытия белых карликов

темный" спутник, причем период вращения обоих зрение вокруг общего центра масс должно быть около 50 лет. Сообщение было встречено скептически, поскольку темный спутник оставался невидимым, а его масса должна быть достаточно большой - сравнимой с массой Сириуса.

Во время взрыва также могут быть созданы элементы, более тяжелые, чем железо. Более конкретно, сверхновые являются единственным механизмом во Вселенной для создания более тяжелых элементов, чем железо. Все тяжелые элементы на Земле происходят от остатков взрыва сверхновой. Сверхновые делятся на две категории. Эти типы подразделяются еще дальше. Материал, выброшенный сверхновой, сливается в межзвездную среду. Остаток сверхновой остается в зависимости от массы, нейтронной звезды или черной дыры. Нейтронные звезды Нейтронная звезда имеет массу в радиусе порядка.

Я был у своего друга... профессора Э. Пикеринга с деловым визитом. Со свойственной для него добротой он предложил взять спектры всех звезд, Хинксом и я наблюдали с целью... определения их параллаксов. Эта часть работы, казавшейся медленно, оказалась весьма плодотворной - она привела к открытию того, что все звезды очень малой абсолютной величины (т. е. низкой светимости) имеют спектральный класс M (т. е. очень низкую поверхностную температуру). Я вспоминаю, как обсуждая этот вопрос, я спросил у Пикеринга о некоторых других слабые звезды, вспомнил числе 40 Эридана B. Поводя себя характерным для него образом, он сразу же послал запрос в офис (Гарвардской) обсерватории, и вскоре был получен ответ (я считаю, миссис Флеминг), что спектр этой звезды - A (т. е. высокая поверхностная температура). Даже в те "палеозойские" времена я знал об этих вещах достаточно, чтобы сразу же понять, что здесь есть существенное несоответствие между тем, что мы тогда назвали бы "возможными" значениями поверхностной яркости и плотности. Я, пожалуй, не скрыл, что не только удивлен, а просто поражен этим исключением из правила, которое казалось вполне нормальным для характеристики звезд. Пикеринг улыбнулся мне и сказал: "именно такие исключения и приводят к расширению наших знаний" - и белые карлики вошли в мир изучаемого "

По сути, это чрезвычайно плотный, вырожденный нейтронный газ, который поддерживается стабильным по балансу силы тяжести и давлению Ферми. Нейтронные звезды имеют экстремальные магнитные поля с плотностью потока порядка. Из-за сохранения углового момента при обрушении исходной звезды на нейтронную звезду нейтронные звезды являются чрезвычайно быстрыми вращающимися объектами с несколькими оборотами в секунду. Если ось вращения и ось диполя магнитного поля наклонены, нейтронная звезда может наблюдаться как пульсар.

Синхротронное излучение испускается в узком вращающемся конусе излучения. Если последний также пересекает направление наблюдения с Земли, периодический сигнал может наблюдаться в радио, иногда даже в рентгеновском диапазоне. Черные дыры Если масса остатка сверхновой превышает приблизительно, то гравитационный потенциал больше не может противодействовать компенсирующей силе. Объект падает за границу нейтронной звезды, а мы в черную дыру. Даже нейтронная звезда может стать черной дырой с аккрецией впоследствии.

Удивление Рассела вполне понятно: 40 Эридана B относится к сравнительно близких звезд, и за параллаксом можно достаточно точно определить расстояние до нее и, соответственно, светимость. Светимость 40 Эридана B оказалась аномально низкой для ее спектрального класса - белые карлики образовали новую область на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. Такое сочетание светимости, массы и температуры было непонятным и не находило объяснения в рамках стандартной модели строения звезд главной последовательности, разработанную в 1920-х годах.

Черная дыра - астрофизический объект с таким высоким гравитационным потенциалом, что даже на определенном расстоянии даже свет не может убежать. Астрономы обнаружили загадочную пару звезд, которые - с точностью часового механизма - производят массивную вспышку излучения каждые 118 секунд. Этот космический «маяк» излучает широкий спектр электромагнитных волн с высокой интенсивностью.

Две звезды - это так называемый белый карлик и красный карлик, которые поворачиваются один раз каждые 3, 6 часа. В настоящее время профессиональные исследователи стали интересоваться необычным источником излучения в космосе. Они смогли доказать, что Белый гном отвечает за излучение. Никогда ранее не было замечено, что звезда посылает этот тип радиоволн.

Высокая плотность белых карликов оставалась необъяснимой с точки зрения классической физики, однако нашла объяснение в квантовой механике после появления статистики Ферми-Дирака. 1926 года Фаулер в статье "Густая материя" ("Dense matter", Monthly Notices R. Astron. Soc . 87, 114-122 ) Доказал, что, в отличие от звезд главной последовательности, для которых уравнения состояния построено на модели идеального газа (стандартная модель Едингтона), для белых карликов плотность и давление вещества определяются свойствами вырожденного электронного газа (Ферми-газа).

Электроны вблизи скорости света

Важным для механизма импульсов излучения является высокая скорость, с которой белый карлик вращается вокруг своей собственной оси. Это вызывает высокодинамичные магнитные поля, которые затем ускоряют электроны почти до скорости света. Эти дикие закрученные электроны вызывают наблюдаемые всплески излучения.

Свет, испускаемый в фиксированном ритме, попадает на поверхность красного карлика, который сам по себе только очень тускло светит, что затем ярко освещается в данном цикле. Поэтому здесь должны быть очень высокоэнергетические процессы. Исследователи называют это «жестоким». Красный Карлик, кажется, играет только пассивную роль. Этот тип звезды является наиболее распространенным во вселенной, так сказать, стандартным.

Следующим этапом в объяснении природы белых карликов стали работы и Чандрасекара. 1928 года Френкель указал, что для белых карликов должен существовать верхний предел массы, и 1930 года Чандрасекар в работе "Максимальная масса идеального белого карлика" (" The maximum mass of ideal white dwarfs", Astroph. J. 74, 81-82 ) Доказал, что белые карлики с массой свыше 1,4 солнечной неустойчивые (предел Чандрасекара) и имеют коллапсировать .

Откуда взялись электроны, которые ускоряются магнитными полями? Исследователи называют это «большой тайной». Пока импульсные источники излучения знали только так называемые нейтронные звезды. Борис Гайницке из Университета Уорвика, Борис Гаенсике из Университета Уорика, говорит: «Мы знаем это уже 50 лет». Были также теоретические прогнозы, что белые карлики должны это сделать. Очень интересно, что мы действительно открыли такую ​​систему.

Или найти центры скоплений галактик, которые практически жизненно важны для нашей вселенной. Хотя диаметр их горизонта событий будет только от нашего Солнца до Урана, они влияют на скопления галактик, несмотря на их относительно небольшие размеры, предотвращая чрезмерно большие скопления материала от гравитационного коллапса. Они поглощают материю из окружающей среды, которая обычно представляет собой очень большую галактику, и бросает ее на гигантские струи вещества за тысячи светлых лет в космос, где она может образовывать новые звезды или даже новые галактики.

2. Происхождение белых карликов

Решение Фаулера объяснил внутреннее строение белых карликов, но не объяснил механизма их происхождения. В объяснении генезиса белых карликов ключевую роль сыграли две идеи:

    мнение Е. Эпика, что красные гиганты образуются из звезд главной последовательности в результате выгорания ядерного топлива предположение, сделанное вскоре после Второй мировой войны, что звезды главной последовательности должны терять массу, и такая потеря массы должна существенно влиять на эволюцию звезд.

Эти предположения полностью подтвердились.

2.1. Тройная гелиевая реакция и изотермические ядра красных гигантов

В процессе эволюции звезд главной последовательности происходит "выгорание" водорода - нуклеосинтез с образованием гелия (см. цикл Бете). Такое выгорание приводит к прекращению энерговыделения в центральных частях звезды, сжатия и, соответственно, к повышению плотности и температуры в ее ядре. Рост плотности и температуры в звездном ядре приводит к условиям, в которых активизируется новый источник термоядерной энергии: выгорания гелия (тройная гелиевая реакция или тройной альфа-процесс), характерное для красных гигантов и сверхгигантов.

При температурах около 10 8 K кинетическая энергия ядер гелия становится достаточной для преодоления кулоновского барьера: два ядра гелия (альфа-частицы) могут сливаться с образованием нестабильного изотопа бериллия Be 8:

He 4 + He 4 = Be 8

Большая часть Be 8 еще распадается на две альфа-частицы, но если за короткое время существования ядро Be 8 зиткнется с высокоэнергетической альфа-частицей может образоваться стабильное ядро углерода C 12:

Be 8 + He 4 = C 12 + 7,3 м эВ.

Несмотря на довольно низкую равновесную концентрацию Be 8 (например, при температуре ~ 10 8 K отношение концентраций / ~, скорость такой тройной гелиевой реакции оказывается достаточной для достижения нового гидростатического равновесия в горячем ядре звезды. Зависимость энерговыделения от температуры в тройной гелиевой реакции чрезвычайно сильна, так, для диапазона температур ~ 1-2 ? 10 8 K энерговыделения http://*****/images/ukbase_2__1234.jpg" alt="\ Varepsilon _ {3 \ alpha} = 10 ^ 8 \ rho ^ 2 Y ^ 3 * \ left ({{T \ over {10 ^ 8}}} \ right) ^ {30}" width="210 height=46" height="46">

где выгорания" водорода она близка к единице).

Стоит, однако, отметить, что тройная гелиевая реакция характеризуется значительно меньшим энерговыделением, чем цикл Бете в пересчете на единицу массы: энерговыделения при "горении" гелия более чем в 10 раз ниже, чем при "горении" водорода. По мере выгорания гелия и исчерпания этого источника энергии в ядре становятся возможными сложные реакции нуклеосинтеза, однако, во-первых, для таких реакций требуются все более высокие температуры и, во-вторых, энерговыделение на единицу массы таких реакций падает с ростом массовых чисел ядер, вступающих в реакцию.

DIV_ADBLOCK170">

В случае красных гигантов с относительно небольшой массой (около солнечной) изотермические ядра состоят, в основном, из гелия, в случае массивных звезд - из углерода и тяжелых элементов. Однако, в любом случае плотность такого изотермического ядра настолько высока, что расстояния между электронами плазмы, образующей ядро, становятся соизмеримыми с их длиной волны Де Бройля http://*****/images/ukbase_2__23813.jpg" width="220" height="220 src=">

Рис. 5. Популяция белых карликов в шарообразному звездном скоплении NGC 6397. Синие квадраты - гелиевые белые карлики, Фиолетовые кружки - "нормальные" белые карлики с высоким содержанием углерода.

На фотографии шаровидного звездного скопления NGC 6397 (Рис. 5) идентифицируются белые карлики обоих типов: и гелиевые белые карлики, возникшие при эволюции менее массивных звезд, и углеродные белые карлики - результат эволюции звезд с большей массой.

2.2. Потеря массы красными гигантами и сброс ими оболочки

Ядерные реакции в красных гигантах происходят не только в ядре: по мере выгорания водорода в ядре, нуклеосинтез гелия распространяется на еще богатые водородом области звезды, образуя сферический слой на границе бедных и богатых водород областей. Аналогичная ситуация возникает и с утроенной гелиевой реакции: по мере выгорания гелия в ядре она также сосредотачивается в сферическом слое на границе между бедными и богатыми гелий областями. Светимость звезд с такими "двухслойными" областями нуклеосинтеза значительно возрастает, достигая нескольких тысяч светимости Солнца, звезда при этом "раздувается", увеличивая свой диаметр до размеров земной орбиты. Зона нуклеосинтеза гелия поднимается к поверхности звезды: доля массы внутри этой зоны составляет ~ 70% массы звезды. "Раздувание" сопровождается довольно интенсивным утечкой вещества с поверхности звезды, такие объекты наблюдаются как протопланетарного туманности (см. рис. 6).

Шклов" href="/text/category/shklov/" rel="bookmark">Шкловский предложил механизм образования планетарных туманностей путем сброса оболочек красных гигантов, при этом обнажение изотермических вырожденных ядер таких звезд приводит к образованию белых карликов. Точные механизмы потери массы и последующего сброса оболочки для таких звезд пока неизвестны, но можно предложить такие факторы, которые могут привести к потере оболочки:

    В протяженных звездных оболочках могут развиваться неустойчивости, приводящие к сильным колебательных процессов, сопровождающихся изменением теплового режима звезды. На Рис. 6 четко заметны волны плотности выброшенной звездной материи, которые могут быть последствиями таких колебаний. Вследствие ионизации водорода в областях, лежащих ниже фотосферы может развиться сильная конвективная неустойчивость. Аналогичную природу имеет солнечная активность, в случае красных гигантов мощность конвективных потоков имеет значительно превосходить солнечную. Из-за слишком высокой светимостью существенным становится световое давление потока излучения звезды на ее внешние слои, по расчетным данным, может привести к потере оболочки за несколько тысяч лет.

избытка массы" красных гигантов.

Предложенный Шкловским сценарий эволюции красных гигантов является общепризнанным и подкреплен данным многочисленных наблюдений.

3. Физика и свойства белых карликов

Как уже отмечалось, массы белых карликов близки к солнечной, но их размеры составляют лишь сотую (и даже меньше) часть солнечного, то есть плотность вещества в белых карликах чрезвычайно высока и составляет г / см 3. При такой плотности электронные оболочки атомов разрушаются и вещество становится электронно-ядерной плазмой, причем ее электронная составляющая является вырожденным электронным газом. Давление P такого газа подчиняется зависимости:

где DIV_ADBLOCK171">

3.1. Зависимость масса-радиус и предел Чандрасекара

http://*****/images/ukbase_2__535.jpg" alt="kT << E_F" width="91 height=17" height="17">). Вместе с тем, при росте плотности вещества через запрет Паули (два электрона не могут иметь одинаковый квантовое состояние, то есть одинаковую энергию и спин), энергия и скорость электронов возрастают настолько, что начинают действовать эффекты теории относительности - вырожденный электронный газ становится релятивистским. Зависимость давления релятивистского вырожденного электронного газа от плотности уже другая:

Для такого уравнения состояния возникает интересная ситуация. Средняя плотность белого карлика http://*****/images/ukbase_2__270.jpg" width="21" height="14 src=">- Масса, а - Радиус белого карлика. Тогда давление http://*****/images/ukbase_2__716.jpg" alt="{P \ over R} \ sim {{M ^ {4/3}} \ over {R ^ 5}}" width="89 height=46" height="46">

Гравитационные силы, противодействующие давления:

есть, хотя перепад давления и гравитационные силы одинаково зависят от радиуса, но они по разному зависят от массы - как ~ и ~ disc"> DA - в спектре есть линии и нет линий гелия. Этот тип ~ 75% белых карликов, они встречаются во всем диапазоне температур; DB - линию ионизированного гелия сильные, линий водорода нет. Гелия в 10 раз больше, температуры - свыше? K; DC - непрерывный спектр, немее линий поглощения с интенсивностью менее 90% от интенсивности непрерывные спектра, температура - до? K; DF - есть линии кальция, нет линий водорода; DG - есть линии кальция, железа, нет линий водорода; DO - линии ионизированного гелия сильные, есть линии нейтрального гелия и (или) водорода. Это горячие белые карлики, их температуры достигает? K

5. Астрономические феномены с участием белых карликов

5.1. Рентгеновское излучение белых карликов

Температура поверхности молодых белых карликов - изотропных ядер звезд после сброса оболочек, очень высока - более 2 ? 10 5 K, однако довольно быстро падает благодаря нейтринных охлаждению и излучению с поверхности. Такие очень молодые белые карлики наблюдаются в рентгеновском диапазоне (например, наблюдения белого карлика HZ 43 спутником ROSAT).

Температура поверхности горячих белых карликов - 7 ? 10 4 K, холодных - ~ 5 ? 10 3 K.

Особенностью излучения белых карликов в рентгеновском диапазоне является то, что основным источником рентгеновского излучения в них фотосфера, что очень отличает их от "нормальных" звезд: в последних в рентгене излучает корона, разогретая до нескольких миллионов кельвинов, а температура фотосферы слишком низкая для образования рентгеновского излучения (см. рис. для них 9).

При отсутствии аккреции белых карликов есть запас тепловой энергии ионов в их недрах, поэтому их светимость зависит от возраста. Количественную теорию охлаждения белых карликов построил конце 1940-х гг.

5.2. Аккреция на белые карлики в двойных системах

disc"> Нестационарная аккреция на белые карлики в случае, если компаньоном является массивный красный карлик, приводит к образованию карликовых новых (звезд типа U Gem (UG)) или новоподобные переменных звезд. Аккреция на белые карлики, имеют сильное магнитное поле, направляется в район магнитных полюсов белого карлика, и циклотронный механизм излучения акрециюючои плазмы в приполярная областях вызывает сильную поляризацию излучения в видимой области спектра (поляры и промежуточные поляры). Аккреция на белые карлики богатой водородом вещества приводит к его накоплению на поверхности (состоящий преимущественно из гелия) и разогрева до температур реакции синтеза гелия, что в случае развития тепловой неустойчивости, приводит к взрыву, который наблюдается как вспышка новой звезды. Довольно длительная и интенсивная аккреция на массивный белый карлик приводит к превосходит его массой предела Чандрасекара и гравитационного коллапса, который наблюдается как вспышка сверхновой типа Ia (см. рис. 10).

См.. также

    Аккреция Идеальный газ Вырожденный газ Звезда Нуклеосинтез Планетарная туманность Сверхновая Сириус

Примечания

1. ^ а б в Белые карлики - www. franko. / publish / astro / bukvy / b. pdf / / Астрономический энциклопедический словарь - www. franko. / publish / astro / Под общей редакцией и. - Львов: ЛНУ-ГАО НАНУ, 2003. - С. 54-55. - ISBN -X, УДК

Литература

    Deborah Jean Warner. Alvan Clark and Sons: Artists in Optics, Smithsonian Press, 1968 Шкловский, И. С. О природе планетарных туманностей и их ядер / / Астрономический журнал. - Том 33, № 3, 1956. - Сс. 315-329. , . Физические основы строения и эволюции звезд, М., 1981 - nature. ***** / db / msg. html? mid = 1159166 & uri = index. html Звезды: их рождение, жизнь и смерть, М.: Наука, 1984 - shklovsky-ocr. *****/online/shklovsky. htm Киппенхан г. 100 млрд солнц. Рождение, жизнь и смерть звездах, М.: Мир, 1990 - . ru / astro / index. html Физика космоса. Маленькая энциклопедия, М.: Советская Энциклопедия, 1986 - www. *****/db/FK86/