Miliardy let od nynějška, když je Slunce ve svých konečných výronech smrti (tj. Poté, co již vypařilo Zemi), se jeho jádro helia zhroutí samo o sobě a scvrkne se do pevně stlačené koule zářícího plynu zvaného bílý trpaslík .
Ale zatímco tyto hvězdné náhrobky již tečkují naši galaktickou krajinu, jejich interiéry zůstávají puzzle ve fyzice - což není divu, vzhledem k tomu, jak zvláštní jsou.
Nedávno vytvořil pár vědců sofistikovaný model, který „pohlédne“ na vnitřky bílého trpaslíka. A Hádej co? Tyto kosmické podivné koule by mohly zahanbit pozemské lanýže, protože se zdá, že mají krémová centra plná exotických kvantových tekutin.
Kdysi hrdá hvězda
Hvězdy, jako je naše slunce, získávají energii tím, že do svého jádra vtlačují vodík do helia. Tato výroba energie nemůže trvat věčně - nakonec dojde vodík a vyčerpá se párty. Ale na konci svého života mohou hvězdy krátce rozsvítit světla spálením helia a zanechat za sebou inertní mrtvé jádro uhlíku a kyslíku.
Ale malé hvězdy, jako je naše slunce, nemají dostatek gravitačního oomphu, aby roztavily uhlík a kyslík do těžších prvků, jako je hořčík nebo železo, a tak umírají, proměňují se uvnitř a uvolňují svou atmosféru do krásné (nebo krvavé, v závislosti na vaší planetární mlhovina.
Toto jádro uhlíku a kyslíku zůstává pozadu, významný zlomek hmoty hvězdy zamčený uvnitř jádra ne většího než Země. Když astronomové poprvé objevili tyto podivné objekty - nyní známé jako bílí trpaslíci - mysleli si, že jsou nemožní, s vypočítanou hustotou stoupající nad miliardu krát vyšší než vzduch, který dýcháme. Jak by mohlo něco mít takovou extrémní hustotu a ne jednoduše se zhroutit pod svou vlastní hroznou váhou?
Ale bílí trpaslíci nejsou nemožní a teoretické poznatky na počátku 20. století vyřešily záhadu, jak by bílí trpaslíci mohli existovat. Odpověď přišla ve formě kvantové mechaniky a uvědomila si, že při vysokých hustotách je příroda jednoduše, velmi divná. V případě bílých trpaslíků lze uvnitř zabalit pouze určitý počet elektronů. Protože se tyto spřádací elektrony navzájem odpuzují, vytvářejí společně dostatečný tlak, aby udržely mrtvé hvězdy v balonu vzhůru, a vydržely i téměř ohromující gravitační síly.
A tak mohou hvězdné mrtvoly žít po biliony let.
Centra naplněná krémem
Zatímco tyto prvotní výpočty ukázaly, jak by v našem vesmíru mohli existovat bílí trpaslíci, astrofyzici věděli, že jednoduché popisy by plně nezachytily, co se děje v takových exotických jádrech. Koneckonců, je to stav hmoty, který je laboratořím a experimentům tady na Zemi naprosto nepřístupný - kdo ví, jaké podivné hry se příroda může dostat, hluboko uvnitř těchto mrtvých srdcí?
Fyzici i astronomové se už desetiletí zajímají o interiéry bílých trpaslíků a v nedávném článku, který se objevil v předtištěném časopise arXiv, navrhla dvojice ruských teoretických fyziků nový model hlubokých jader v bílých trpaslících, který podrobně popisuje, jak jejich model staví na dřívějších pracích a odchyluje se od toho, jak pozorovatelé mohou potenciálně zjistit, zda je jejich nový model přesný.
V tomto novém modelu vědci simulovali jádro bílého trpaslíka vytvořeného pouze z jednoho druhu těžkých nabitých jader (to není úplně přesné, protože bílé trpaslíky jsou směsí několika prvků, jako je uhlík a kyslík, ale je to dostatečně dobrý výchozí bod), přičemž tyto částice byly ponořeny do husté polévky elektronů.
Toto nastavení předpokládá, že bílí trpaslíci jsou dostatečně teplo, aby měli tekuté interiéry, což je rozumný předpoklad, vzhledem k tomu, že když se narodí (nebo spíše, když jsou konečně vystaveni po smrti svých hostitelských hvězd), mají teploty dobře více než milion stupňů kelvinů.
Nejvzdálenější vrstvy bílého trpaslíka jsou vystaveny chladnému prostředí čistého vakua, které umožňuje vodíku usadit se na povrchu a dodávat jim světlou, tenkou atmosféru. A v extrémních dobách se bílí trpaslíci ochladzují a nakonec vytvářejí obří krystaly, ale to je dost dlouho na to, aby byli bílí trpaslíci většinou naplněni exotickou kvantovou kapalinou uhlíku a kyslíku, takže model použitý v této studii je relativně přesný pro velkou část života bílého trpaslíka.
Podpisové povrchy
Protože střeva bílých trpaslíků představují jedno z nejneobvyklejších prostředí ve vesmíru, jejich studium by mohlo odhalit některé hluboké vlastnosti kvantové mechaniky v extrémních podmínkách. Ale protože vědci nikdy nemohou doufat, že se v blízkém bílém trpaslíku navléknou, aby ho přivedli na vivisekci, jak bychom se mohli podívat pod kapotu?
Vědci nového modelu ukázali, jak může světlo vydávané bílými trpaslíky být různým žárem. Bílí trpaslíci sami nevytvářejí teplo; jejich intenzivní teploty jsou výsledkem extrémních gravitačních tlaků, kterým čelili, když byly uvnitř hvězd. Jakmile ale jejich hostitelská hvězda odfoukne a jsou vystaveni vesmíru, intenzivně září - v prvních několika tisících letech po jejich velkém odhalení jsou tak horkí, že vyzařují rentgenové záření.
Ale vychladnou, stále pomalu, vytékají své teplo jako záření do vesmíru. A my sledujeme bílé trpaslíky dostatečně dlouho, abychom je mohli vidět v průběhu let a desetiletí. Rychlost vychladnutí závisí na tom, jak účinně může jejich zachycené teplo uniknout na jejich povrchy - což zase závisí na přesné povaze jejich vnitřností.
Dalším rysem, který vědci ukázali, že by mohlo být použito ke zkoušení uvnitř bílých trpaslíků, je jejich stále tak slabý výkyv. Podobně jako seismografie se používá ke studiu jádra Země, složení a charakter bílého trpaslíka mění, jak se vibrace projeví na povrchu.
Nakonec můžeme pomocí populací bílých trpaslíků získat náznak o jejich vnitřcích, protože vztah mezi jejich hmotami a jejich velikostmi závisí na přesných kvantově-mechanických vztazích, kterými se řídí jejich interiéry.
Nový výzkum zejména naznačuje, že většina bílých trpaslíků by se měla ochladit rychleji, než jsme si mysleli, vibrovat o něco méně často, než navrhují starší modely, a být o něco větší, než se očekávalo, než kdybychom tento realističtější model nezohlednili. Nyní je na astronomech, aby provedli dostatečně přesná měření, aby zjistili, zda opravdu rozumíme těmto exotickým prostředím, nebo jestli na to musíme vzít další trhlinu.
- 8 způsobů, jak můžete vidět Einsteinovu teorii relativity v reálném životě
- 11 Fascinující fakta o naší Galaxii Mléčná dráha
- 11 největších nezodpovězených otázek o temné záležitosti
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.
