Белый карлик
-
Белый карлик: определение и свойства
- Белый карлик — остаток звездного ядра, состоящий из вырожденных электронов.
- Масса белого карлика сравнима с массой Солнца, объем — с объемом Земли.
- Низкая светимость обусловлена выделением остаточной тепловой энергии.
-
История открытия
- Первый белый карлик был обнаружен в 1910 году в системе 40 Эридана.
- В 1914 году был описан спектральный тип 40 Эридана B.
- В 1862 году был обнаружен белый карлик-компаньон Сириуса, Сириус В.
- В 1917 году была открыта звезда ван Маанена, изолированный белый карлик.
-
Состав и структура
- Белые карлики имеют массы от 0,17 до 1,33 масс Солнца.
- Радиусы белых карликов составляют 0,8-2% от радиуса Солнца.
- Средняя плотность вещества в белом карлике составляет 106 г/л.см3.
- Белые карлики состоят из углерода и кислорода, реже — из кислорода, неона и магния.
-
Эволюция и эволюционные состояния
- Белые карлики — конечное эволюционное состояние звезд с массой менее 9 масс Солнца.
- После окончания периода превращения водорода звезда расширяется до красного гиганта.
- Если масса красного гиганта недостаточна, образуется белый карлик.
- Белые карлики остывают и кристаллизуются, превращаясь в холодные черные карлики.
-
Открытие и исследования
- В 1922 году Виллем Люйтен ввел термин «белый карлик».
- К 1939 году было открыто 18 белых карликов, к 1999 году — более 2000.
- Sloan Digital Sky Survey обнаружила более 9000 белых карликов.
-
Сообщение спутника Сириуса
- Спутник Сириуса сообщил о своей плотности, в 3000 раз превышающей плотность обычной материи.
- В 1914 году это сообщение вызвало недоверие.
-
Теория Эддингтона и Фаулера
- Эддингтон предположил, что свет от Сириуса В должен быть гравитационно смещен в сторону красного.
- Фаулер объяснил это явление с помощью квантовой механики.
-
Вырожденная материя
- Электроны в белом карлике подчиняются принципу исключения Паули.
- При нулевой температуре электроны образуют вырожденное состояние, что защищает белый карлик от гравитационного коллапса.
-
Предел Чандрасекара
- Чандрасекар рассчитал предельную массу белого карлика в 1931 году.
- Предел Чандрасекара составляет около 1,4 M☉ для углеродно-кислородных белых карликов.
-
Сверхновые и аккреция
- Белые карлики могут стать сверхновыми, если достигнут предела Чандрасекара.
- Некоторые белые карлики могут не достичь предела Чандрасекара, сталкиваясь друг с другом.
-
Соотношение массы и радиуса
- Радиус белого карлика обратно пропорционален корню кубическому из массы.
- Релятивистские поправки изменяют результат, делая радиус равным нулю при конечной массе.
-
Вращение и стабильность
- Вращение белого карлика незначительно увеличивает предельную массу.
- Неравномерное вращение может привести к отсутствию предела массы.
-
Излучение и охлаждение
- Вырожденная материя белого карлика обладает низкой непрозрачностью и высокой теплопроводностью.
- Температура внутри белого карлика остается почти постоянной, а внешняя оболочка излучает как абсолютно черное тело.
-
Видимое излучение белых карликов
- Белые карлики имеют широкий цветовой диапазон от беловато-голубого до желто-оранжевого.
- Эффективная температура поверхности варьируется от более чем 150 000 К до менее 4000 К.
- Светимость увеличивается с повышением температуры поверхности.
-
Рентгеновское излучение и нейтрино
- Горячие белые карлики с температурой поверхности более 30 000 К излучают мягкое рентгеновское излучение.
- Белые карлики также излучают нейтрино в рамках процесса Urca.
-
Охлаждение белых карликов
- Белые карлики постепенно остывают, оставаясь горячими в течение длительного времени.
- Скорость охлаждения зависит от массы и состава атмосферы.
- Большинство наблюдаемых белых карликов имеют температуры от 8000 до 40000 К.
-
Кристаллизация ядра
- Ядро белого карлика кристаллизуется в твердое состояние, выделяя скрытое тепло.
- Кристаллизация ядра замедляет охлаждение.
-
Атмосфера и спектры
- Белые карлики состоят из углерода и кислорода, но их свет исходит из атмосферы с преобладанием водорода или гелия.
- Спектры белых карликов классифицируются по символу, состоящему из начальной буквы D и температурного индекса.
- Большинство белых карликов имеют атмосферы с преобладанием водорода (DA).
-
Металлические линии в белых карликах
- Около 25-33% белых карликов имеют металлические линии в спектре.
- Это объясняется слиянием с каменистыми планетезималями.
- Содержание металлов можно измерить по прочности металлических линий.
-
Магнитные поля в белых карликах
- Магнитные поля в белых карликах предсказаны П. М. С. Блэкеттом в 1947 году.
- В 1960-х годах предположили, что магнитные поля сохраняются из-за поверхностного магнитного потока звезды-прародительницы.
- Первым открытым магнитным белым карликом был GJ 742 в 1970 году.
- С 1970 года магнитные поля обнаружены у более чем 200 белых карликов.
-
Химические связи в белых карликах
- Магнитные поля могут допускать существование нового типа химической связи.
- В 2012 году описано «намагниченная материя».
-
Изменчивость белых карликов
- Ранние расчеты предполагали переменность с периодом около 10 секунд.
- Первым обнаруженным переменным белым карликом был HL Tau 76 в 1965 году.
- Переменчивость связана с пульсациями нерадиальных гравитационных волн.
-
Образование белых карликов
- Белые карлики образуются из звезд главной последовательности с массами от 0,07 до 10 Мкм.
- Состав зависит от начальной массы звезды.
- В Млечном Пути около десяти миллиардов белых карликов.
-
Звезды с очень низкой массой
- Звезды с массой менее половины массы Солнца не нагреваются до воспламенения гелия.
- Такие звезды могут стать гелиевыми белыми карликами.
-
Звезды с низкой или средней массой
- Звезды с массой от 0,5 до 8 Мкм имеют углеродно-кислородное ядро.
- Это приводит к образованию углеродно-кислородных белых карликов.
-
Звезды со средней и большой массой
- Звезды с массой более 8 Мкм не становятся белыми карликами.
- Они взрываются в сверхновые, оставляя нейтронные звезды или черные дыры.
-
Сверхновая типа Iax
- Сверхновые типа Iax могут быть каналом трансформации звездных остатков.
- Детонация углерода в сверхновой типа Ia может привести к асимметричному взрыву.
-
Судьба белых карликов
- Белые карлики стабильны и охлаждаются почти бесконечно.
- Через 1019-1020 лет галактики испарятся, а звезды уйдут в межгалактическое пространство.
- Время жизни белых карликов может быть ограничено распадом протона.
-
Результирующий объект и его свойства
- Результирующий объект может быть гелиевой или алмазной планетой.
- Обломки дисков и планет могут взаимодействовать с белым карликом.
-
Загрязнение спектра белого карлика
- 27-50% белых карликов имеют спектр, загрязненный металлами.
- Загрязнение происходит из-за разрушенных приливами скалистых массивов.
- Первое наблюдение загрязненного белого карлика было проведено Ван Мааненом в 1917 году.
-
Избыток инфракрасного излучения
- Избыток инфракрасного излучения встречается у 1-4% белых карликов.
- Первый белый карлик с избытком инфракрасного излучения был обнаружен в 1987 году.
- Белые карлики с температурой более 27 000 К сублимируют пыль, предотвращая образование диска обломков.
-
Обнаруженные планеты
- Известно несколько планет-гигантов и малых планет вокруг белых карликов.
- Ожидается открытие около 6 экзопланет с Геей и 4-8 с JWST.
-
Инфракрасные спектроскопические наблюдения
- Наблюдения показывают наличие пылевого облака вокруг белого карлика G29.-38.
- Возможно, пылевое облако вызвано столкновениями с кометами.
-
Загрязнение белых карликов пылью
- По меньшей мере 15% белых карликов могут вращаться вокруг планет или их обломков.
- Лишенные ядер каменистые планеты могут быть обнаружены по их взаимодействию с магнитным полем белого карлика.
-
Другие механизмы загрязнения
- Рассеяние астероидов планетами или межпланетное рассеяние могут загрязнять белые карлики.
- Отделение экзолун от планеты-хозяина также может загрязнять белый карлик.
-
Наблюдения и открытия
- WD 1145+017 является первым белым карликом с распадающейся малой планетой.
- WD J0914+1914b испаряется под воздействием ультрафиолетового излучения белого карлика.
- WD 0145+234 демонстрирует увеличение яркости в среднем инфракрасном диапазоне.
- WD 1856+534 является первой крупной планетой, проходящей транзитом вокруг белого карлика.
- GD 140 и LAWD 37 могут быть гигантскими экзопланетами.
- WD 0141-675 может быть супер-Юпитером.
- JWST выявил двух кандидатов в экзопланеты вокруг загрязненных металлом белых карликов.
- В 2024 году обнаружен белый карлик с коричневым карликом, что может быть первым случаем связи загрязнения с субзвездным объектом.
- В 2024 году обнаружена планета-кандидат вокруг массивного белого карлика GALEX J071816.4+373139.
-
Пригодность для жизни
- Белые карлики с температурой менее 10 000 К могут содержать пригодную для жизни зону на расстоянии 0,005-0,02 а.е.
-
Транзиты гипотетических планет
- Транзиты планет, похожих на Землю, могут вызывать сильные затмения.
- Близкие орбиты планет вокруг белых карликов подвергают их сильным приливным силам.
- Происхождение планет остается под вопросом.
-
Двойные звезды и новые
- Белые карлики в двойных системах могут накапливать вещество и вызывать новые звезды и сверхновые типа Ia.
- Белые карлики могут терять угловой момент и излучать гравитационные волны.
-
Сверхновые типа Ia
- Масса белого карлика не может превышать предел Чандрасекара.
- Белые карлики в двойных системах могут поглощать материал и взрываться.
- Модель с одним вырождением и модель с двумя вырождениями объясняют сверхновые типа Ia.
-
Двоичный файл Post-common envelope
- Бинарная система с общей огибающей состоит из белого карлика и красного карлика.
- Красный карлик может слиться с белым карликом или выбросить общую оболочку.
-
Катастрофические переменные
- Белые карлики могут взрываться из-за накопления водорода.
- Классические новые звезды и карликовые новые звезды являются примерами катаклизмических переменных.
-
Другие двойные системы
- Двойные системы могут включать звезду главной последовательности и белый карлик.
- Белые карлики могут существовать в тройных системах.
-
Изучение остаточных планетных систем
- Белые карлики тусклые, что позволяет изучать экзопланеты и коричневые карлики.
- Суббурый карлик вокруг белого карлика WD 0806-661 является примером.
-
Хронология белых карликов, нейтронных звезд и сверхновых
- Хронологический список достижений в области знаний и записей
-
Рекомендации
- Внешние ссылки и дальнейшее чтение
-
Общие
- Ребасса-Мансергас, А.; Гансике, Б. Т.; Родригес-Хиль П.; Шрайбер М. Р.; Кестер, Д. (28 ноября 2007 года). «Двоичные файлы с общим почтовым конвертом из SDSS – I. 101 двойная запись главной последовательности белого карлика с помощью множественной спектроскопии Sloan Digital Sky Survey: двойные записи с общей оболочкой от SDSS». Ежемесячные известия Королевского астрономического общества. 382 (4): 1377–1393. doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12288.x.
-
Физика
- Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды: физика компактных объектов, Стюарт Л. Шапиро и Сол А. Теукольский, Нью-Йорк: Уайли, 1983. ISBN 0-471-87317-9.
- Обсуждается, как найти соотношения массы и радиуса и предельные значения массы для белых карликов, используя простые энергетические аргументы.
-
Изменчивость
- Магнитное поле
- Частота
- Наблюдательный
- Изображения
-
Физика
- Астрономия
- Звезды
- Космический полет
- Космическое пространство
- Солнечная система
- Наука