A anã branca é uma estrela bastante comum em nosso espaço. Os cientistas chamam isso de resultado da evolução das estrelas, o estágio final do desenvolvimento. No total, existem dois cenários para a modificação de um corpo estelar, em um caso o estágio final é uma estrela de nêutrons, no outro um buraco negro. Os anões são o passo evolutivo final. Eles têm sistemas planetários ao seu redor. Os cientistas conseguiram determinar isso examinando espécimes enriquecidos com metais.
Fundo
Anãs brancas são estrelas que atraíram a atenção dos astrônomos em 1919. Pela primeira vez, tal corpo celeste foi descoberto por um cientista da Holanda, Maanen. Para sua época, o especialista fez uma descoberta bastante atípica e inesperada. O anão que ele viu parecia uma estrela, mas tinha tamanhos pequenos fora do padrão. O espectro, no entanto, era como se fosse um corpo celeste massivo e grande.
As razões para um fenômeno tão estranho atraem cientistas há algum tempo, então muito esforço foi feito para estudar a estrutura das anãs brancas. A descoberta foi feita quando eles expressaram e provaram a suposição da abundância de várias estruturas metálicas na atmosfera de um corpo celeste.
É necessário esclarecer que os metais em astrofísica são todos os tipos de elementos, cujas moléculas são mais pesadas que o hidrogênio, o hélio, e sua composição química é mais progressiva que esses dois compostos. Hélio, hidrogênio, como os cientistas conseguiram estabelecer, são mais difundidos em nosso universo do que qualquer outra substância. Com base nisso, foi decidido designar todo o resto como metais.
Desenvolvimento do tema
Embora anãs brancas muito diferentes em tamanho do Sol tenham sido vistas pela primeira vez na década de 20, apenas meio século depois as pessoas descobriram que a presença de estruturas metálicas na atmosfera estelar não é um fenômeno típico. Como se viu, quando incluídos na atmosfera, além das duas substâncias mais comuns, as mais pesadas, são deslocadas para as camadas mais profundas. Substâncias pesadas, estando entre as moléculas de hélio, hidrogênio, devem eventualmente se mover para o núcleo da estrela.
Houve várias razões para este processo. O raio de uma anã branca é pequeno, esses corpos estelares são muito compactos - não é à toa que eles receberam esse nome. Em média, o raio é comparável ao da Terra, enquanto o peso é semelhante ao peso de uma estrela que ilumina nosso sistema planetário. Essa relação de dimensões e peso causa uma aceleração gravitacional excepcionalmente grande na superfície. Consequentemente, a deposição de metais pesados na atmosfera de hidrogênio e hélio ocorre apenas alguns dias terrestres após a molécula entrar na massa gasosa total.
Recursos e duração
Às vezes características de anãs brancassão tais que o processo de sedimentação de moléculas de substâncias pesadas pode ser retardado por um longo tempo. As opções mais favoráveis, do ponto de vista de um observador da Terra, são processos que levam milhões, dezenas de milhões de anos. No entanto, esses intervalos de tempo são excepcionalmente curtos em comparação com a vida útil do próprio corpo estelar.
A evolução de uma anã branca é tal que a maioria das formações observadas pelo homem no momento já tem várias centenas de milhões de anos terrestres. Se compararmos isso com o processo mais lento de absorção de metais pelo núcleo, a diferença é mais do que significativa. Portanto, a detecção de metal na atmosfera de uma determinada estrela observável nos permite concluir com certeza que o corpo não tinha inicialmente tal composição atmosférica, caso contrário todas as inclusões metálicas teriam desaparecido há muito tempo.
Teoria e prática
As observações descritas acima, bem como informações coletadas ao longo de muitas décadas sobre anãs brancas, estrelas de nêutrons, buracos negros, sugeriram que a atmosfera recebe inclusões metálicas de fontes externas. Os cientistas decidiram primeiro que este é o meio entre as estrelas. Um corpo celeste se move através dessa matéria, agrega o meio em sua superfície, enriquecendo assim a atmosfera com elementos pesados. Mas outras observações mostraram que tal teoria é insustentável. Como os especialistas especificaram, se a mudança na atmosfera ocorresse dessa maneira, a anã receberia principalmente hidrogênio do lado de fora, já que o meio entre as estrelas era formado em sua massa por hidrogênio emoléculas de hélio. Apenas uma pequena porcentagem do meio são compostos pesados.
Se a teoria formada a partir de observações primárias de anãs brancas, estrelas de nêutrons, buracos negros se justificasse, as anãs consistiriam no hidrogênio como o elemento mais leve. Isso não permitiria a existência de corpos celestes de hélio, porque o hélio é mais pesado, o que significa que a acreção de hidrogênio o esconderia completamente do olho de um observador externo. Com base na presença de anãs de hélio, os cientistas chegaram à conclusão de que o meio interestelar não pode servir como a única e nem mesmo a principal fonte de metais na atmosfera dos corpos estelares.
Como explicar?
Cientistas que estudaram buracos negros, anãs brancas na década de 70 do século passado, sugeriram que as inclusões metálicas podem ser explicadas pela queda de cometas na superfície de um corpo celeste. É verdade que, ao mesmo tempo, essas idéias foram consideradas muito exóticas e não receberam apoio. Isso se deveu em grande parte ao fato de que as pessoas ainda não sabiam da presença de outros sistemas planetários - apenas nosso sistema solar "lar" era conhecido.
Um avanço significativo no estudo dos buracos negros, as anãs brancas foi dado no final da próxima, a oitava década do século passado. Os cientistas têm à sua disposição instrumentos infravermelhos especialmente poderosos para observar as profundezas do espaço, o que tornou possível detectar a radiação infravermelha em torno de uma das conhecidas astrônomos anãs brancas. Isso foi revelado precisamente em torno do anão, cuja atmosfera continhainclusão.
A radiação infravermelha, que possibilitou estimar a temperatura da anã branca, também disse aos cientistas que o corpo estelar é cercado por alguma substância capaz de absorver a radiação estelar. Esta substância é aquecida a um nível de temperatura específico, inferior ao de uma estrela. Isso permite que você redirecione gradualmente a energia absorvida. A radiação ocorre na faixa do infravermelho.
Ciência avança
Os espectros da anã branca tornaram-se objeto de estudo das mentes avançadas do mundo dos astrônomos. Como se viu, a partir deles você pode obter muitas informações sobre as características dos corpos celestes. De particular interesse foram as observações de corpos estelares com excesso de radiação infravermelha. Atualmente, já foi possível identificar cerca de três dezenas de sistemas desse tipo. Sua porcentagem principal foi estudada usando o telescópio Spitzer mais poderoso.
Cientistas, observando corpos celestes, descobriram que a densidade das anãs brancas é significativamente menor que esse parâmetro, característico dos gigantes. Constatou-se também que o excesso de radiação infravermelha se deve à presença de discos formados por uma substância específica que pode absorver a radiação energética. É ele que irradia energia, mas em uma faixa de comprimento de onda diferente.
Os discos são excepcionalmente próximos e afetam a massa de anãs brancas até certo ponto (que não pode exceder o limite de Chandrasekhar). O raio externo é chamado de disco detrítico. Tem sido sugerido que foi formado durante a destruição de algum corpo. Em média, o raio é comparável em tamanho ao Sol.
Se você prestar atenção ao nosso sistema planetário, fica claro que relativamente perto da "casa" podemos observar um exemplo semelhante - estes são os anéis ao redor de Saturno, cujo tamanho também é comparável ao raio de nossa estrela. Com o tempo, os cientistas descobriram que esse recurso não é o único que anões e Saturno têm em comum. Por exemplo, tanto o planeta quanto as estrelas têm discos muito finos, que não são transparentes ao tentar brilhar através da luz.
Conclusões e desenvolvimento da teoria
Como os anéis das anãs brancas são comparáveis aos que cercam Saturno, tornou-se possível formular novas teorias que explicam a presença de metais na atmosfera dessas estrelas. Os astrônomos sabem que os anéis ao redor de Saturno são formados pela ruptura das marés de alguns corpos que estão próximos o suficiente do planeta para serem afetados por seu campo gravitacional. Em tal situação, o corpo externo não pode manter sua própria gravidade, o que leva a uma violação da integridade.
Cerca de quinze anos atrás, foi apresentada uma nova teoria que explicava a formação dos anéis das anãs brancas de maneira semelhante. Supunha-se que inicialmente a anã era uma estrela no centro do sistema planetário. O corpo celeste evolui com o tempo, o que leva bilhões de anos, incha, perde a casca, e isso provoca a formação de um anão, que aos poucos esfria. A propósito, a cor das anãs brancas é explicada precisamente por sua temperatura. Para alguns, é estimado em 200.000 K.
O sistema de planetas no curso de tal evolução pode sobreviver, o que leva aexpansão da parte externa do sistema simultaneamente com uma diminuição na massa da estrela. Como resultado, um grande sistema de planetas é formado. Planetas, asteróides e muitos outros elementos sobrevivem à evolução.
E agora?
O progresso do sistema pode levar à sua instabilidade. Isso leva ao bombardeio do espaço ao redor do planeta por pedras, e os asteróides voam parcialmente para fora do sistema. Alguns deles, no entanto, movem-se em órbitas, mais cedo ou mais tarde, encontrando-se dentro do raio solar da anã. As colisões não ocorrem, mas as forças das marés levam a uma violação da integridade do corpo. Um aglomerado de tais asteróides assume uma forma semelhante aos anéis que cercam Saturno. Assim, um disco de detritos é formado ao redor da estrela. A densidade da anã branca (cerca de 10^7 g/cm3) e seu disco detrítico diferem significativamente.
A teoria descrita tornou-se uma explicação bastante completa e lógica de vários fenômenos astronômicos. Por meio dele, pode-se entender por que os discos são compactos, pois uma estrela não pode ser cercada por um disco de raio comparável ao do Sol durante toda a sua existência, caso contrário tais discos estariam inicialmente dentro de seu corpo.
Explicando a formação dos discos e seu tamanho, pode-se entender de onde vem o suprimento peculiar de metais. Pode acabar na superfície estelar, contaminando o anão com moléculas de metal. A teoria descrita, sem contradizer os indicadores revelados da densidade média das anãs brancas (da ordem de 10^7 g/cm3), prova porque os metais são observados na atmosfera das estrelas, porque a medição da químicacomposição por meios possivelmente acessíveis ao homem e por que razão a distribuição dos elementos é semelhante àquela característica do nosso planeta e de outros objetos estudados.
Teorias: há algum benefício?
A ideia descrita foi amplamente utilizada como base para explicar por que as conchas das estrelas estão contaminadas com metais, por que surgiram os discos de detritos. Além disso, segue-se que existe um sistema planetário em torno do anão. Há pouca surpresa nesta conclusão, porque a humanidade estabeleceu que a maioria das estrelas tem seus próprios sistemas de planetas. Isso é característico tanto daqueles que são semelhantes ao Sol quanto daqueles que são muito maiores que suas dimensões - ou seja, anãs brancas são formadas a partir deles.
Tópicos não esgotados
Mesmo se considerarmos que a teoria descrita acima é geralmente aceita e comprovada, algumas questões para os astrônomos permanecem em aberto até hoje. De particular interesse é a especificidade da transferência de matéria entre os discos e a superfície de um corpo celeste. Como alguns sugerem, isso é devido à radiação. As teorias que chamam desta forma para descrever o transporte de matéria são baseadas no efeito Poynting-Robertson. Este fenômeno, sob a influência de que partículas se movem lentamente em órbita em torno de uma estrela jovem, gradualmente espiralando em direção ao centro e desaparecendo em um corpo celeste. Presumivelmente, esse efeito deve se manifestar nos discos de detritos que cercam as estrelas, ou seja, as moléculas que estão presentes nos discos mais cedo ou mais tarde se encontram em excepcional proximidade com a anã. Sólidosestão sujeitos à evaporação, o gás é formado - tal na forma de discos foi registrado em torno de várias anãs observadas. Mais cedo ou mais tarde, o gás atinge a superfície do anão, transportando metais para cá.
Os fatos revelados são estimados pelos astrônomos como uma contribuição significativa para a ciência, pois sugerem como os planetas são formados. Isso é importante, pois os objetos de pesquisa que atraem especialistas muitas vezes não estão disponíveis. Por exemplo, planetas girando em torno de estrelas maiores que o Sol são extremamente raros de estudar - é muito difícil no nível técnico que está disponível para nossa civilização. Em vez disso, as pessoas puderam estudar sistemas planetários após a transformação de estrelas em anãs. Se conseguirmos evoluir nessa direção, certamente será possível revelar novos dados sobre a presença de sistemas planetários e suas características distintivas.
Anãs brancas, em cuja atmosfera foram detectados metais, permitem-nos ter uma ideia da composição química dos cometas e outros corpos cósmicos. Na verdade, os cientistas simplesmente não têm outra maneira de avaliar a composição. Por exemplo, estudando os planetas gigantes, pode-se ter uma ideia apenas da camada externa, mas não há informações confiáveis sobre o conteúdo interno. Isso também se aplica ao nosso sistema "casa", pois a composição química só pode ser estudada a partir daquele corpo celeste que caiu na superfície da Terra ou onde foi possível pousar o aparato de pesquisa.
Como vai?
Cedo ou tarde, nosso sistema planetário também se tornará o "lar" de uma anã branca. Como dizem os cientistas, o núcleo estelar temuma quantidade limitada de matéria para obter energia, e mais cedo ou mais tarde as reações termonucleares se esgotam. O gás diminui de volume, a densidade aumenta para uma tonelada por centímetro cúbico, enquanto nas camadas externas a reação ainda está em andamento. A estrela se expande, tornando-se uma gigante vermelha, cujo raio é comparável a centenas de estrelas iguais ao Sol. Quando a casca externa para de "queimar", dentro de 100.000 anos há uma dispersão da matéria no espaço, que é acompanhada pela formação de uma nebulosa.
O núcleo da estrela, liberado da casca, diminui a temperatura, o que leva à formação de uma anã branca. Na verdade, essa estrela é um gás de alta densidade. Na ciência, os anões são frequentemente chamados de corpos celestes degenerados. Se nossa estrela fosse comprimida e seu raio fosse de apenas alguns milhares de quilômetros, mas o peso fosse completamente preservado, então uma anã branca também ocorreria aqui.
Características e pontos técnicos
O tipo de corpo cósmico em consideração é capaz de brilhar, mas esse processo é explicado por outros mecanismos além das reações termonucleares. O brilho é chamado de residual, é explicado por uma diminuição da temperatura. O anão é formado por uma substância cujos íons às vezes são mais frios que 15.000 K. Movimentos oscilatórios são característicos dos elementos. Gradualmente, o corpo celeste torna-se cristalino, seu brilho enfraquece e o anão evolui para marrom.
Os cientistas identificaram um limite de massa para tal corpo celeste - até 1,4 o peso do Sol, mas não mais do que esse limite. Se a massa ultrapassar este limite,a estrela não pode existir. Isso se deve à pressão de uma substância em estado comprimido - é menor que a atração gravitacional que comprime a substância. Há uma compressão muito forte, o que leva ao aparecimento de nêutrons, a substância é neutronizada.
O processo de compressão pode levar à degeneração. Neste caso, uma estrela de nêutrons é formada. A segunda opção é a compressão contínua, mais cedo ou mais tarde levando a uma explosão.
Parâmetros e recursos gerais
A luminosidade bolométrica da categoria considerada de corpos celestes em relação à característica do Sol é inferior a cerca de dez mil vezes. O raio da anã é inferior a cem vezes o do sol, enquanto o peso é comparável ao da estrela principal do nosso sistema planetário. Para determinar o limite de massa de um anão, o limite de Chandrasekhar foi calculado. Quando é excedido, o anão evolui para outra forma de corpo celeste. A fotosfera de uma estrela, em média, consiste em matéria densa, estimada em 105-109 g/cm3. Comparado com a sequência principal, é cerca de um milhão de vezes mais densa.
Alguns astrônomos acreditam que apenas 3% de todas as estrelas da galáxia são anãs brancas, e alguns estão convencidos de que cada décimo pertence a esta classe. As estimativas variam muito sobre o motivo da dificuldade de observar os corpos celestes - eles estão longe do nosso planeta e brilham muito fracamente.
Histórias e nomes
Em 1785, um corpo apareceu na lista de estrelas duplas, que Herschel estava observando. A estrela foi batizada de 40 Eridani B. É ela que é considerada a primeira pessoa vista da categoria branca.anões. Em 1910, Russell notou que este corpo celeste tem um nível de luminosidade extremamente baixo, embora a temperatura de cor seja bastante alta. Com o tempo, foi decidido que os corpos celestes desta classe deveriam ser separados em uma categoria separada.
Em 1844, Bessel, estudando as informações obtidas pelo rastreamento do Procyon B, Sirius B, decidiu que ambos se deslocavam de uma linha reta de tempos em tempos, o que significa que existem satélites próximos. Tal suposição parecia improvável para a comunidade científica, já que nenhum satélite podia ser visto, enquanto os desvios só poderiam ser explicados por um corpo celeste, cuja massa é excepcionalmente grande (semelhante a Sirius, Procyon).
Em 1962, Clark, trabalhando com o maior telescópio existente na época, identificou um corpo celeste muito escuro perto de Sirius. Era ele que se chamava Sirius B, o mesmo satélite que Bessel havia sugerido muito antes. Em 1896, estudos mostraram que Procyon também tinha um satélite - chamava-se Procyon B. Portanto, as idéias de Bessel foram totalmente confirmadas.
