[Cytadela] "Nagie" białe karły

[NewsBot - Aktualności]

Nie sposób mówić o współczesnej astrofizyce bez długiego orszaku modeli teoretycznych, stworzonych dla zrozumienia najróżniejszych procesów i zjawisk, jakie – jak przypuszczamy niekiedy „w ciemno” – miały, mają i będą mieć miejsce we Wszechświecie. Nie ma sensu tutaj odmawiać im znaczenia, które jest bezsprzeczne – mają one jednak przy okazji jedną, ogromną wadę, wynikającą już z samych założeń ich istnienia: do potwierdzenia prawidłowości wymagają prędzej czy później konfrontacji z rzeczywistością, zweryfikowania przewidywań na podstawie empirycznych obserwacji. Choć dziś nie o tym wpis akurat będzie, wrodzona złośliwość każe mi jednakże dodać, że to tylko jeden z wielu problemów, z jakimi borykać się muszą wielbiciele teorii strun.

 

Wracając jednak do modeli – najlepszy nawet pozornie model teoretyczny wart jest czegoś dopiero, gdy znajduje potwierdzenie w obserwacjach. Nie inaczej sprawa ma się również w przypadku modeli opisujących ewolucję gwiazd. O ile istnieje spora zgodność pomiędzy najlepszymi modelami a obserwowanymi przez astronomami gwiazdami w zróżnicowanych fazach ich egzystencji, jest jeszcze sporo elementów, wymagających empirycznego potwierdzenia – jednym z nich jest model opisujący powstawanie szczególnego typu gwiazd, tzw. białych karłów. Białe karły to specyficzne kosmiczne „mumie” – zgodnie z naszym współczesnym rozumieniem procesów gwiazdowych powstają, gdy „lekkie” lub „średniomasywne” gwiazdy (o masie w granicach od drobnego ułamka masy Słońca do kilku mas Słońca) kończą swój długi żywot w miarę spokojnie (w porównaniu do supernowych niezwykle wręcz apatycznie), wypalając paliwo jądrowe w formie kolejnych, coraz cięższych pierwiastków w swym wnętrzu i odrzucając zewnętrzne powłoki. Taki sam los oczekuje nawiasem mówiąc również nasze macierzyste Słońce, nie warto jednak już teraz nad tym lamentować, gdyż zostało najprawdopodobniej kilka miliardów lat do tej smutnej chwili.

 

Jakby jednak nie było, białe karły to pozostałości po niegdyś żywotnych gwiazdach, pozostałości fascynujące, warto dodać. Ponieważ powstaniu białego karła towarzyszy grawitacyjne zapadanie (zahamowane jednak w pewnym momencie przez ciśnienie zawartej w nim materii), mamy do czynienia z względnie maleńkimi obiektami – zakłada się, że białe karły to gwiazdy wielkości Ziemi, o ogromnej gęstości zawartego w nim niezwykle gorącego, zdegenerowanego gazu. Wolałbym nie wnikać w zawiłości związane ze stanem materii w białym karle – przekracza to moje zdolności pojmowania a co dopiero klarownego opisania, istnieje jednak w Internecie i różnych książkach sporo źródeł, z których taką wiedzę jej spragnieni mogą zaczerpnąć.

 

Warto byłoby w końcu powiązać w jakikolwiek sposób wcześniejsze rozważania teoretyczne z białymi karłami – przystąpmy więc do dzieła. Najlepsze modele teoretyczne powiadają, że gwiazda, która w trakcie swego zejścia z tego świata odrzuciła zewnętrzne warstwy, gdyż spaliła zawarty w niej wodór i hel, zamienia się w białego karła. Koniec kropka. Nie do końca jednak jest to takie proste – białe karły, jak powiada teoria, składają się wówczas głównie z tlenu i neonu, przy czym jądro takiego karła otoczone jest przez cienką, zewnętrzną powłokę z takiego samego tlenu lub helu, kryjącą przed obserwatorami wewnętrzną “zawartość”. Większość modeli podpowiada również, że jądro powinno być otoczone również przez cienką, bogatą w węgiel warstwę, która zapobiega ucieczce tlenu w przestrzeń, jednocześnie obliczenia wskazują, że węglowa powłoka powinna stawać się coraz cieńsza im masa karła bliższa jest maksymalnej dopuszczalnej (ok. 1,4 masy Słońca, tzw. granica Chandrasekhara, powyżej której białego karła czeka los supernowej typu Ia). Brzmi to wszystko dość mętnie, jednak na mój chłopski rozum wygląda to w uproszczeniu tak – według modelu muszą istnieć białe karły, w przypadku których owa powłoka węglowa pozwala dominować tlenowi i w wyniku tego karły takie powinne być „szkieletami” względnie masywnych gwiazd. Nie będę ukrywał, że sam bym tego nie wymyślił – co prawda tok rozumowania źródeł, na których oparłem ten wpis, pozostaje dla mnie dość tajemniczy i trudno mi zrozumieć, co z czego wynika, faktem jednak jest, że jakiś związek między tym wszystkim istnieć musi (potrzebujących klarowności proszę o przeczytanie źródeł w oryginale).

 

W każdym bądź razie wnioski są tutaj następujące – trzeba znaleźć białego karła o dużej zawartości tlenu, by potwierdzić mechanizm opisany wyżej. Demonstrując sprawność współpracy ponad narodowymi podziałami naukowcy z Universität Kiel (Kiel, Niemcy) oraz University of Warwick (Coventry, UK) postanowili poszukać takich właśnie gwiazd. Podjęli się w tym celu dość mozolnej roboty – wykorzystali dane, które od lat już zbiera wyspecjalizowany teleskop pracujący na rzecz wielkiego przeglądu nieba pod nazwą Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Teleskop został dobrany nieprzypadkowo – urządzenie pozwala bowiem pstrykać zdjęcia obiektom kosmicznych w pięciu odmiennych długościach fali i, co ważne w kontekście wspomnianych badań, analizować ich widmo. Niemiecko-brytyjscy kooperanci wykorzystali takowe zdolności teleskopu, sortując wpierw zebrane przez niego dane pod względem barwy gwiazd – w ten sposób wytypowanych zostało, bagatela, 25 tysięcy kandydatek. Kolejnym etapem przesiewowych badań było badanie widm tej grupy (zautomatyzowane, warto dodać) pod względem linii spektralnych tlenu. Po zakończeniu tej fazy badań pozostało ok. tysiąc wyselekcjonowanych gwiazd, które tym razem ku utrapieniu badaczy były już analizowane manualnie.

 

Na koniec na polu bitwy zostały… dwie gwiazdy. Białe karły o lirycznych nazwach SDSS 0922+2928 oraz SDSS 1102+2054 to gwiazdy znajdujące się odpowiednio w odległościach 400 i 220 lat świetlnych od Ziemi. O ile wszystkie dotychczas obserwowane białe karły charakteryzowały się zawsze mniejszą zawartością tlenu w stosunku do węgla, o tyle w przypadku nowo odkrytych stosunek ten jest odmienny – tlenu dopatrzono się na podstawie analizy widmowej więcej. Najprawdopodobniej odkryto w ten sposób po raz pierwszy „nagie” białe karły, neonowo-tlenowe jądra, w których otoczka węglowa jest w zaniku. Odkrycie to potwierdziło przewidywania modeli, wedle których w przypadku względnie dość masywnych gwiazd niemal cały węgiel w gwieździe został „skonsumowany”, dzięki czemu gwiazdy o masie bliskiej wartości granicznej (powyżej której czeka je los supernowej) zamiast wybuchać w oślepiającej eksplozji w spokoju zamieniają się w białego karła. Z tego też względu wszystko wskazuje na to, że w przypadku obu wspomnianych karłów mamy do czynienia z masywnymi przedstawicielami tego gatunku – ich masa prawdopodobnie zbliżona jest do masy Słońca, natomiast gwiazdy, które w takie karły się przemieniły, musiały mieć od 7 do 10 mas Słońca.

 

W przypadku gwiazd o wspomnianej wyżej masie (7-10 mas Słońca) istnieją zgodnie z modelami dwie drogi, w zależności od tego, jakiego mają farta (i pewnie poważniejszych czynników, które są dla mnie jednak niejasne): jedną z nich jest żywot białego karła, drugą gwałtowne zejście pod postacią słabej supernowej typu II. I jakkolwiek ciągle nie do końca wiem o czym piszę i co z czego tutaj tak naprawdę wynika, to bezsprzecznie cieszy mnie fakt, że naukowcom po raz kolejny udało się dowieść, iż ich mozolnie opracowywane modele znajdują potwierdzenie w obserwacjach. I tym optymistycznym akcentem dzisiejszy wpis zakończę ku uciesze zdezorientowanych podobnie do mnie czytelników.

 

 

Źródła:

 

Link 1

 

Link 2

 

Link 3

 

Link 4

 

Link 5

 

Link 6

 

Link 7

 

Zdjęcie: Nie wygląda to co prawda spektakularnie, ale ten niebieski placek wskazany strzałką to właśnie jeden z białych karłów, o których mowa wyżej

 

Źródło zdjęcia

 

Credit: SDSS

Wyświetl pełny artykuł