Спустя миллиарды лет, когда Солнце находится в последних смертельных муках (то есть после того, как оно уже испарилось на Земле), его гелиевое ядро разрушится само по себе, сжавшись в плотно сжатый шар светящегося газа, называемый белым карликом. ,
Но хотя эти звездные надгробия уже усеивают наш галактический пейзаж, их внутренности остаются загадкой в физике - что неудивительно, учитывая, насколько они странные.
Недавно пара исследователей создала сложную модель, чтобы «взглянуть» на внутренности белого карлика. И угадай что? Эти космические чудеса могут посрамить земные трюфели, так как они, кажется, имеют кремовые центры, переполненные экзотическими квантовыми жидкостями.
Некогда гордая звезда
Звезды, подобные нашему солнцу, получают энергию, сливая водород в гелий глубоко в своих ядрах. Это производство энергии не может длиться вечно - в конце концов, доступный водород заканчивается, и партия останавливается. Но ближе к концу своей жизни звезды могут на короткое время снова включить свет, сжигая гелий, оставляя после себя инертное мертвое ядро из углерода и кислорода.
Но у маленьких звезд, таких как наше Солнце, недостаточно гравитационной силы, чтобы соединить углерод и кислород с более тяжелыми элементами, такими как магний или железо, и поэтому они умирают, выворачивая себя наизнанку и выпуская свою атмосферу в красивое (или кровавое, в зависимости от вашего точка зрения) планетарная туманность.
Это ядро из углерода и кислорода остается позади, значительная часть массы звезды заперта внутри ядра, не больше Земли. Когда астрономы впервые обнаружили эти странные объекты - теперь известные как белые карлики - они подумали, что это невозможно, с расчетной плотностью, которая в миллиарды раз превышает плотность воздуха, которым мы дышим. Как могло что-то иметь такую чрезвычайную плотность, а не просто разрушиться под собственным ужасным весом?
Но белые карлики не являются невозможными, и теоретические идеи в начале 20-го века решили загадку, как белые карлики могли существовать. Ответ пришел в форме квантовой механики и осознания того, что при высоких плотностях природа, проще говоря, очень странная. В случае белых карликов внутри может быть упаковано только определенное количество электронов. Так как эти вращающиеся электроны отталкивают друг друга, вместе они создают достаточное давление, чтобы удерживать мертвые звезды на поверхности, выдерживая даже почти непреодолимые силы тяжести.
И поэтому звездные трупы могут жить триллионы лет.
Крем-заполненные центры
Хотя эти ранние вычисления показали, как белые карлики могли существовать в нашей вселенной, астрофизики знали, что простые описания не смогут полностью охватить то, что происходит в таких экзотических ядрах. В конце концов, это состояние материи, которое совершенно недоступно для лабораторий и экспериментов здесь на Земле - кто знает, к каким странным играм может подступиться природа, глубоко внутри этих мертвых сердец?
Как физики, так и астрономы десятилетиями интересовались внутренностями белых карликов, и в недавней статье, опубликованной в препринтном журнале arXiv, пара российских физиков-теоретиков предложила новую модель глубоких ядер в белых карликах, подробно описав, как их модель основывается на предыдущей работе и отклоняется от нее, а также на том, как наблюдатели могут определить, точна ли их новая модель.
В этой новой модели ученые смоделировали ядро белого карлика, состоящее только из одного вида тяжелых заряженных ядер (это не совсем точно, поскольку белые карлики представляют собой смесь нескольких элементов, таких как углерод и кислород, но это достаточно хорошая отправная точка), с этими частицами, погруженными в густой суп из электронов.
Эта установка предполагает, что белые карлики достаточно теплые, чтобы иметь жидкие внутренности, что является разумным предположением, учитывая, что, когда они рождаются (или, скорее, когда они, наконец, подвергаются воздействию после смерти их звезд-хозяев), они имеют хорошие температуры свыше миллиона градусов кельвинов.
Внешние слои белого карлика подвергаются воздействию холодной среды чистого вакуума, позволяя водороду осесть на поверхность, создавая легкую и тонкую атмосферу. И в экстремальные времена белые карлики остывают, в конечном итоге образуя гигантский кристалл, но этого достаточно, чтобы по большей части белые карлики были заполнены экзотической квантовой жидкостью из углерода и кислорода, поэтому модель, использованная в этом исследовании, относительно точный для большой доли времени жизни белого карлика.
Фирменные поверхности
Поскольку кишки белых карликов представляют собой одну из самых необычных сред во вселенной, их изучение может выявить некоторые глубокие свойства квантовой механики в экстремальных условиях. Но поскольку ученые никогда не могут надеяться связать в соседнем белом карлике вивисекцию, как мы можем заглянуть под капот?
Исследователи новой модели показали, как свет, излучаемый белыми карликами, может отличаться теплом. Белые карлики не генерируют тепло самостоятельно; их интенсивные температуры являются результатом экстремального гравитационного давления, с которым они сталкивались, находясь внутри звезд. Но как только их звезда-хозяин улетает, и они оказываются в космосе, они ярко светятся - в первые несколько тысяч лет после их большого раскрытия они настолько горячие, что испускают рентгеновское излучение.
Но они успокаиваются, очень медленно, рассеивая свое тепло как излучение в космос. И мы наблюдаем за белыми карликами достаточно долго, чтобы видеть, как они остывают в течение многих лет и десятилетий. Как быстро они охлаждаются, зависит от того, насколько эффективно их захваченное тепло может выходить на их поверхности, что, в свою очередь, зависит от точного характера их кишок.
Еще одна особенность, которую исследователи показали, может использоваться для исследования внутри белых карликов, это их очень легкое колебание. Сродни тому, как сейсмография используется для изучения ядра Земли, состав и характер белого карлика изменяют то, как вибрации будут отображаться на поверхности.
Наконец, мы можем использовать популяции белых карликов, чтобы получить подсказку об их интерьерах, так как отношения между их массами и их размерами зависят от точных квантово-механических отношений, управляющих их интерьерами.
В частности, новое исследование предполагает, что большинство белых карликов должны остывать быстрее, чем мы привыкли думать, вибрировать немного реже, чем предполагают более старые модели, и быть немного больше, чем ожидалось, чем если бы мы не принимали во внимание эту более реалистичную модель. Теперь астрономы должны сделать достаточно точные измерения, чтобы понять, действительно ли мы понимаем эту экзотическую среду или нам нужно еще раз взяться за нее.
- 8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни
- 11 интересных фактов о нашей галактике Млечный Путь
- 11 самых больших вопросов без ответов о Dark Matter
Пол М. Саттер является астрофизиком в Государственный университет Огайо, хозяин Спроси космонавта и Космическое Радиои автор Ваше место во Вселенной.
