Miljardite aastate pärast, kui päike on oma viimastes surmahoogudes (see tähendab pärast seda, kui ta on Maa juba aurustunud), kukub selle heeliumi tuum iseenesest kokku, sahistades tihedalt kokkusurutud hõõguva gaasi kuuliks, mida nimetatakse valgeks kääbuseks .
Kuid kuigi need tähelised hauakivid punktivad juba meie galaktilist maastikku, jäävad nende interjöörid füüsika mõistatuseks - mis pole üllatav, arvestades nende imelikkust.
Hiljuti on teadlaste paar loonud keeruka mudeli valge kääbuse sisekülgede "vaatamiseks". Ja arva ära mis? Need kosmilised veidrad pallid võivad hävitada maised trühvlid, kuna nende kreemjas keskpunkt näib olevat eksootilisi kvantvedelikke täis.
Kunagi uhke täht
Tähed, nagu meie päike, saavad oma energia, sulatades vesiniku heeliumi sügavale oma südamikku. See energiatootmine ei saa kesta igavesti - lõpuks saab olemasolev vesinik otsa ja pidu peatub. Kuid oma elu lõpul saavad tähed korraks heliumi põlemisel tuled uuesti sisse lülitada, jättes maha süsiniku ja hapniku inertse, surnud tuuma.
Kuid väikestel tähtedel, nagu meie päikesel, pole piisavalt gravitatsioonilist tuuma, et sulatada süsinikku ja hapnikku raskemateks elementideks, näiteks magneesiumiks või rauaks, ja nii nad surevad, pöörates end väljapoole ja vabastades oma atmosfääri ilusaks (või veriseks, sõltuvalt teie vaatepunktist) planetaarne udukogu.
See süsiniku ja hapniku tuum jääb maha, märkimisväärne osa tähe massist lukustub tuuma sees, mis pole suurem kui Maa. Kui astronoomid avastasid esmakordselt need kummalised objektid - mida nüüd tuntakse valgete kääbustena -, arvasid nad, et need on võimatud. Arvestatud tihedused tõusevad üle miljard korda suurema õhu, kui me hingame. Kuidas saaks midagi olla sellise äärmusliku tihedusega ja mitte lihtsalt kokku kukkuda omaenda kohutava raskuse all?
Kuid valged kääbused pole võimatud ja 20. sajandi alguse teoreetilised teadmised lahendasid mõistatuse, kuidas valged kääbused võiksid eksisteerida. Vastus tuli kvantmehaanika kujul ja tõdemus, et suure tihedusega loodus on lihtsustatult öeldes väga imelik. Valgete kääbuste puhul saab sellesse pakendada ainult teatud arvu elektrone. Kuna need pöörlevad elektronid tõrjuvad üksteist, loovad nad koos piisavalt survet, et surnud tähed püsiksid õhupallina, taludes isegi peaaegu ülitugevat gravitatsioonijõudu.
Ja nii saavad tähelaibad elada miljardeid aastaid.
Kreemiga täidetud keskused
Ehkki need varased arvutused näitasid, kuidas valged kääbused meie universumis eksisteerida võisid, teadsid astrofüüsikud, et lihtsad kirjeldused ei kajasta täielikult sellistes eksootilistes tuumades toimuvat. Lõppude lõpuks on see asjaseisund, mis on siin Maa peal asuvatele laboritele ja katsetele täiesti kättesaamatu - kes teab, milliste imelike mängudega loodus võib nende surnud südamete sisse kerkida?
Nii füüsikud kui ka astronoomid on valgete kääbuste sisemuse üle imetlenud juba aastakümneid ning hiljutises trükis, mis ilmus eeltrükiajakirjas arXiv, on vene teoreetiliste füüsikute paar pakkunud välja valgete kääbuste sügavate südamike uue mudeli, kirjeldades üksikasjalikult, kuidas nende mudel põhineb varasemal tööl ja kaldub sellest kõrvale ning kuidas vaatlejad saavad potentsiaalselt teada saada, kas nende uus mudel on täpne.
Selles uues mudelis simuleerisid teadlased valge kääbuse südamikku, mis koosneb ainult ühte tüüpi raske laetud tuumadest (see pole täiesti täpne, kuna valged pöialpoisid on segu mitmest elemendist nagu süsinik ja hapnik, kuid see on piisavalt hea lähtepunkt), kusjuures need osakesed on sukeldatud paksu elektronide supisse.
Selles seadistuses eeldatakse, et valged kääbused on piisavalt soojad, et neil oleks vedel siseruum, mis on mõistlik eeldus, arvestades, et kui nad on sündinud (või õigemini, kui nad pärast vastuvõtvate tähtede surma lõpuks paljastuvad), on neil temperatuurid hästi üle miljoni kraadi kelviine.
Valge kääbuse välised kihid puutuvad kokku puhta vaakumi jäiga keskkonnaga, lastes vesinikul pinnal settida, andes neile kerge, õhukese atmosfääri. Ja äärmuslikel aegadel jahutavad valged kääbused ja moodustavad lõpuks hiiglasliku kristalli, kuid see on piisavalt pikk, et enamasti on valged kääbused täidetud eksootilise süsiniku ja hapniku kvantvedelikuga, nii et selles uuringus kasutatud mudel on suhteliselt täpne suurema osa valge kääbiku eluajast.
Allkirjade pinnad
Kuna valge-kääbus sisikonnad esindavad universumi ühte ebaharilikku keskkonda, võiks nende uurimine paljastada kvantmehaanika sügavaid omadusi ekstreemsetes tingimustes. Kuid kuna teadlased ei saa kunagi loota, et köidavad lähedal asuva valge kääbuse, et tuua see vivisektsiooni, siis kuidas me saame kapoti alla vaadata?
Uue mudeli uurijad näitasid, kuidas valgete kääbuste eralduv valgus võib olla erinev kuumus. Valged kääbused ei tekita üksi soojust; nende intensiivsed temperatuurid on tingitud äärmuslikest gravitatsioonirõhkudest, millega nad tähe sees olles kokku puutusid. Kuid kui nende peremeestäht puhub minema ja nad on kosmosega kokku puutunud, säravad nad intensiivselt - esimese paari tuhande aasta jooksul pärast nende suurt ilmutamist on nad nii kuumad, et nad kiirgavad röntgenkiirgust.
Kuid nad jahutavad seda kunagi nii aeglaselt, lekitades soojuse kiirgusena kosmosesse. Ja me oleme jälginud valgeid kääpi piisavalt kaua, et näeksime neid aastatega ja aastakümnetega jahenevat. Kui kiiresti need jahtuvad, sõltub sellest, kui tõhusalt pääseb nende püütud kuumus nende pinnale - see omakorda sõltub nende sisikondade täpsest olemusest.
Veel üks funktsioon, mida teadlased näitasid, et seda saaks valgete kääbuste sees sondeerida, on nende alati nii kerge võnkumine. Vaatamata sellele, kuidas seismograafiat kasutatakse Maa tuuma uurimiseks, muudab valge kääbiku meik ja iseloom seda, kuidas vibratsioon end pinnale kuvab.
Lõpuks võime kasutada valgete kääbuste populatsioone, et saada vihjet nende interjööri kohta, kuna nende masside ja suuruse suhe sõltub nende interjööre reguleerivatest täpsetest kvantmehaanilistest suhetest.
Täpsemalt soovitab uus uurimus, et enamik valgeid kääbuseid peaks jahenema kiiremini, kui vanasti mudeleid arvasime, vibreerima pisut harvemini, kui vanemad mudelid soovitavad, ja peaksid olema oodatust pisut suuremad kui siis, kui me ei võtaks seda realistlikumat mudelit arvesse. Nüüd on astronoomide ülesandeks teha piisavalt täpsed mõõtmised, et näha, kas me saame neist eksootilistest keskkondadest tõesti aru või on meil vaja veel mõni pragu lahendada.
- 8 viisi, kuidas näete Einsteini relatiivsusteooriat päriselus
- 11 põnevat fakti meie Linnutee galaktika kohta
- 11 suurimat vastamata küsimust tumedate asjade kohta
Paul M. Sutter on astrofüüsik juures Ohio Riiklik Ülikool, host Küsi kosmosemehelt ja Kosmoseraadio, ja artikli autor Sinu koht universumis.
