1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Biały karzeł, czyli czym zostaje gwiazda po śmierci?

Technologia

26.10.2021 11:05

Biały karzeł, czyli czym zostaje gwiazda po śmierci?

Nauka
9
0
0
9
0

Koniec życia gwiazdy zależy od jej masy. Największe obiekty wskutek wybuchu supernowej przekształcają się w gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Biały karzeł to pozostałość po śmierci małej gwiazdy. Czym się wyróżnia? Jakie gwiazdy zmieniają się w białe karły?

Czym jest biały karzeł?

Biały karzeł jest definiowany jako emitujący promieniowanie obiekt astronomiczny, który jest zbudowany ze zdegenerowanej materii. Powstaje on jako pozostałość po śmierci gwiazdy o średniej lub małej masie (między 0,08 a 8 mas Słońca – M). Wyróżnia się niewielkimi wymiarami, z reguły nie większymi niż nasza planeta. Biały karzeł ma przy tym jednak większą masę niż Ziemia. Znane są bowiem tego typu obiekty zawierające się między 0,17 a 1,35 M, co oznacza ich znaczną gęstość. Dla porównania Ziemia ma zaledwie 3 x 10-6 M.

Istnieją trzy zasadnicze odmiany, w jakich może występować biały karzeł. Masa umierającej gwiazdy wpływa na to, który z nich powstaje po jej śmierci. Pomiędzy 0,08 a 0,4 M nie ma możliwości, by w reakcji syntezy termojądrowej doszło w gwieździe do zapłonu helu. Rezultatem jest biały karzeł typu helowego. Masywniejsze gwiazdy od 0,4 do 4 M spalają ten lekki pierwiastek. W wyniku swojej śmierci zmieniają się w białe karły węglowe i węglowo-tlenowe.

Najcięższe obiekty pomiędzy 4 a 8 M posiadają już domieszki cięższych pierwiastków – tlenu, neonu i magnezu. Powyżej 8 M śmierć gwiazdy następuje w widowiskowym wybuchu supernowej. Dochodzi do niego chwilę po rozpoczęciu syntezy żelaza w jądrze – zewnętrzne warstwy zostają wyrzucone w kosmos, a wnętrze zapada się, tworząc gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Powstanie białego karła jest trochę mniej efektowne.

Biały karzeł, Syriusz B orbituje wokół Syriusza A - do końca XIX wieku obie gwiazdy były uznawane za jedną.
Podwójny układ Syriusza A i B do „niedawna” uznawany był za jedną gwiazdę. | Źródło: cnet.com

Czy nasze Słońce zmieni się w białego karła?

Najbliższym nam obiektem astronomicznym, który już za kilka miliardów lat czeka śmierć, jest oczywiście Słońce. Biały karzeł będzie stanowił ostatni obecnie znany i przebadany etap jego ewolucji. Gdy zużyciu ulegnie zgromadzony w jądrze wodór, rozpocznie się jego synteza w wyższych warstwach Słońca. Dzieje się tak w wyniku degeneracji i grawitacyjnej kontrakcji (zmniejszeniu objętości) jądra. Z kolei otoczka, ulega dynamicznej ekspansji. W przypadku Słońca będzie to oznaczało pochłonięcie przynajmniej kilku najbliższych planet.

Na tym etapie życia gwiazda dynamicznie traci na masie, wobec czego krążące wokół niej obiekty mogą uciec w otwartą przestrzeń kosmiczną. Ta faza kończy się, gdy siła grawitacji jest zbyt mała, by utrzymać otoczkę. Wówczas i ona zostaje uwolniona, a na pierwotnym miejscu jądra pozostaje niewielki biały karzeł. Ewolucja w niego z czerwonego olbrzyma potrwa zaledwie kilka milionów lat. Jego dalszym losem może być przemiana w nieemitującego promieniowania czarnego karła, ale jest to jak na razie obiekt czysto hipotetyczny.

Syriusz B – biały karzeł najbliżej Ziemi

Widziany z Ziemi gołym okiem Syriusz wydawał się pojedynczym obiektem. Dopiero w połowie XIX wieku Friedrich Wilhelm Bessel na podstawie obserwacji jego ruchów doszedł do wniosku, iż w istocie jest to układ podwójny. Dzięki nowo powstałemu teleskopowi w obserwatorium Dearborn hipotezę potwierdził niemal dwie dekady później Alvan Graham Clark. Badania przeprowadzone w 1915 roku dowiodły, że o ile Syriusz A jest gwiazdą szeregu głównego (podobną do Słońca, ale dwukrotnie cięższą), Syriusz B to biały karzeł.

Sprawdź też: Czym jest Wielki Obłok Magellana?

W swoim czasie było to bardzo znaczące odkrycie. Syriusz B to bowiem dopiero drugi odkryty w historii biały karzeł. Gwiazda o masie 1,03 M okrąża swojego towarzysza po bardzo wydłużonej, eliptycznej orbicie (od 8,1 do 31,5 jednostek astronomicznych odpowiadających średniej odległości między Słońcem a Ziemią) w ciągu 50,1 lat. Razem tworzą najjaśniejszy obiekt na południowym niebie. Postrzegana jasność Syriusza wynika tylko częściowo z tego, jak mocno świeci – większe znaczenie ma jego odległość od Słońca wynosząca zaledwie 8,6 roku świetlnego.

ZTF J1901+1458 – dziwnie zachowujący się biały karzeł

ZTF J1901+1458 to dość niezwykły obiekt. Biały karzeł znajduje się nieopodal Epsilon Aquilae w gwiazdozbiorze Orła, w odległości 135 lat świetlnych od Ziemi. Jego odkrycie na początku 2021 roku z pomocą obserwacji wykonanych niezależnie kilkoma teleskopami okazało się sporą niespodzianką. Przede wszystkim jest to najbardziej masywny z odkrytych do tej pory białych karłów. Gęstość jego materii jest tak duża, że przy rozmiarach porównywalnych z Księżycem ma aż 1,35 masy Słońca.

Spośród innych obiektów tego typu ZTF J1901+1458 wyróżnia się niezwykle szybką rotacją, której okres wynosi zaledwie 6,94 minuty. Ponadto otacza go niezwykle silne pole magnetyczne, ponad miliard razy silniejsze niż to pochodzące ze Słońca. Jedną z najbardziej prawdopodobnych hipotez jego powstania jest połączenie pary orbitujących razem białych karłów. Co ciekawe, jego parametry balansują na skraju teoretycznie dopuszczalnych wartości dla tego typu gwiazd. Istnieje szansa, że z czasem nastąpi jego zapaść do postaci gwiazdy neutronowej.

Białe karły przy odkryciu podważają obecną wiedzę swoim dziwnym zachowaniem.
Przy kategoryzacji nowych białych karłów, astronomowie poznają wiele faktów, często podważających panujące teorie. | Źródło: theverge.com

Zaobserwowanie takiego wydarzenia byłoby istotnym przełomem w badaniach kosmosu. Do tej pory bowiem uznawano, że wszystkie gwiazdy neutronowe powstały z masywnych obiektów w wyniku wybuchu supernowej. Gdyby ZTF J1901+1458 uległ takiej ewolucji, oznaczałoby to, że przechodzących podobny rozwój ciał niebieskich jest znacznie więcej. A ponieważ znajduje się blisko Ziemi, udowodniono by ich występowanie w Drodze Mlecznej.

Czy białe karły będą ostatnimi źródłami energii we Wszechświecie?

Białe karły to obiekty niezwykle długowieczne nawet w skali astronomicznej. W przeciwieństwie do gwiazd, od których pochodzą, w ich jądrze nie odbywa się synteza termojądrowa, a jedynie wypromieniowywane zostaje zgromadzone w nim ciepło pozostałe po rozbłysku helowym. Choć mogą być dzięki temu bardzo jasnymi ciałami niebieskimi, czas potrzebny na wystygnięcie białego karła znacznie przekracza obecny wiek wszechświata. O ile więc hipotetycznymi ich następcami są czarne karły, do tej pory żaden nie miał szans powstać.

Oczywiście pewne porcje energii wskutek promieniowania Hawkinga emitują też czarne dziury. W ich przypadku jest to jednak niewykrywalna ilość, która zwiastuje przewidywany czas ich życia nawet na googol lat. Trudno więc uznać je za źródła energii, zwłaszcza w nieco fantastyczno-naukowym ujęciu kwestii życia na pobliskiej planecie. Wszystkie inne rodzaje gwiazd mają stosunkowo krótką przewidywaną długość życia.

Sprawdź też: Co to jest bomba neutronowa? Informacje o „czystej bombie”

Białe karły mają szansę przetrwać w obecnej postaci wielokrotność dotychczasowego wieku wszechświata, powoli stygnąc, a więc i emitując coraz mniej energii. W długiej perspektywie można więc uznać ich pobliże za rozsądne miejsce do życia dla rozwiniętej cywilizacji planującej swoje losy na setki miliardów lat w przód. Wciąż jednak nieuzasadnione byłoby stwierdzenie, że białe karły pozostaną ostatnimi źródłami energii – istnieją i prawdopodobnie będą istnieć też obszary takie jak Filary Stworzenia w Mgławicy Orzeł, gdzie ciągle rodzą się nowe gwiazdy.

9
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.