القزم الأبيض هو نجم شائع جدًا في فضائنا. يسميها العلماء نتيجة تطور النجوم ، المرحلة الأخيرة من التطور. إجمالاً ، هناك سيناريوهان لتعديل جسم نجمي ، في إحدى الحالات تكون المرحلة الأخيرة نجمًا نيوترونيًا ، وفي الحالة الأخرى ثقب أسود. الأقزام هم الخطوة التطورية النهائية. لديهم أنظمة كوكبية من حولهم. تمكن العلماء من تحديد ذلك من خلال فحص العينات المخصبة بالمعادن.
الخلفية
الأقزام البيضاء هي النجوم التي جذبت انتباه الفلكيين في عام 1919. لأول مرة ، تم اكتشاف مثل هذا الجسم السماوي من قبل عالم من هولندا ، معانين. بالنسبة لوقته ، قام الاختصاصي باكتشاف غير عادي وغير متوقع إلى حد ما. كان القزم الذي رآه يشبه النجم ، لكن أحجامه صغيرة غير قياسية. لكن الطيف كان كما لو أنه جرم سماوي ضخم وكبير.
جذبت أسباب هذه الظاهرة الغريبة العلماء لبعض الوقت ، لذلك تم بذل الكثير من الجهد لدراسة بنية الأقزام البيضاء. تم تحقيق الاختراق عندما عبروا وأثبتوا افتراض وفرة الهياكل المعدنية المختلفة في الغلاف الجوي لجرم سماوي.
من الضروري توضيح أن المعادن في الفيزياء الفلكية هي جميع أنواع العناصر ، وجزيئاتها أثقل من الهيدروجين والهيليوم ، وتكوينها الكيميائي أكثر تقدمًا من هذين المركبين. الهليوم والهيدروجين ، كما تمكن العلماء من إثبات ذلك ، أكثر انتشارًا في كوننا من أي مادة أخرى. وبناءً على ذلك تقرر تصنيف كل شيء آخر على أنه معادن.
تطوير الموضوع
على الرغم من أن الأقزام البيضاء مختلفة جدًا في الحجم عن الشمس شوهدت لأول مرة في العشرينيات ، إلا أنه بعد نصف قرن فقط اكتشف الناس أن وجود الهياكل المعدنية في الغلاف الجوي النجمي ليس ظاهرة نموذجية. كما اتضح ، عندما يتم تضمينها في الغلاف الجوي ، بالإضافة إلى المادتين الأكثر شيوعًا ، المواد الأثقل ، يتم إزاحتها إلى الطبقات الأعمق. المواد الثقيلة ، كونها من بين جزيئات الهليوم ، الهيدروجين ، يجب أن تنتقل في النهاية إلى لب النجم.
كانت هناك عدة أسباب لهذه العملية. نصف قطر القزم الأبيض صغير ، مثل هذه الأجسام النجمية مضغوطة للغاية - فليس من أجل لا شيء أنهم حصلوا على اسمهم. في المتوسط ، نصف القطر مشابه لنصف قطر الأرض ، بينما الوزن مشابه لوزن النجم الذي ينير نظامنا الكوكبي. تتسبب هذه النسبة من الأبعاد والوزن في تسارع كبير للغاية لسطح الجاذبية. وبالتالي ، فإن ترسب المعادن الثقيلة في الغلاف الجوي للهيدروجين والهيليوم يحدث فقط بعد أيام قليلة من دخول الجزيء إلى الكتلة الغازية الكلية.
الميزات والمدة
في بعض الأحيان خصائص الأقزام البيضاءهي بحيث يمكن أن تتأخر عملية ترسيب جزيئات المواد الثقيلة لفترة طويلة. الخيارات الأكثر ملاءمة ، من وجهة نظر مراقب من الأرض ، هي العمليات التي تستغرق ملايين ، عشرات الملايين من السنين. ومع ذلك ، فإن هذه الفترات الزمنية قصيرة بشكل استثنائي مقارنة بعمر الجسم النجمي نفسه.
تطور القزم الأبيض هو أن معظم التكوينات التي لاحظها الإنسان في الوقت الحالي هي بالفعل مئات الملايين من السنين على الأرض. إذا قارنا هذا مع أبطأ عملية امتصاص المعادن من قبل النواة ، فإن الاختلاف أكبر من ذي قبل. لذلك ، فإن اكتشاف المعدن في الغلاف الجوي لنجم معين يمكن ملاحظته يسمح لنا أن نستنتج على وجه اليقين أن الجسم لم يكن لديه في البداية مثل هذا التكوين الجوي ، وإلا فإن جميع العناصر المعدنية كانت ستختفي منذ فترة طويلة.
النظرية والتطبيق
الملاحظات الموصوفة أعلاه ، بالإضافة إلى المعلومات التي تم جمعها على مدى عقود عديدة حول الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء ، تشير إلى أن الغلاف الجوي يتلقى شوائب معدنية من مصادر خارجية. قرر العلماء في البداية أن هذا هو الوسط بين النجوم. يتحرك جسم سماوي عبر هذه المادة ، ويجمع الوسط على سطحه ، وبالتالي يثري الغلاف الجوي بالعناصر الثقيلة. لكن المزيد من الملاحظات أظهرت أن مثل هذه النظرية لا يمكن الدفاع عنها. كما حدد الخبراء ، إذا حدث التغيير في الغلاف الجوي بهذه الطريقة ، فإن القزم سيتلقى الهيدروجين بشكل أساسي من الخارج ، حيث تم تشكيل الوسط بين النجوم في كتلته بواسطة الهيدروجين وجزيئات الهيليوم. فقط نسبة صغيرة من الوسط هي المركبات الثقيلة.
إذا تشكلت النظرية من الملاحظات الأولية للأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء سوف تبرر نفسها ، فإن الأقزام ستتكون من الهيدروجين كعنصر أخف. لن يسمح هذا بوجود أجرام سماوية هيليوم ، لأن الهيليوم أثقل ، مما يعني أن تراكم الهيدروجين سيخفيه تمامًا عن أعين مراقب خارجي. بناءً على وجود أقزام الهليوم ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن الوسط بين النجوم لا يمكن أن يكون المصدر الوحيد وحتى المصدر الرئيسي للمعادن في الغلاف الجوي للأجسام النجمية.
كيف تشرح؟
اقترح العلماء الذين درسوا الثقوب السوداء ، الأقزام البيضاء في السبعينيات من القرن الماضي ، أن الشوائب المعدنية يمكن تفسيرها من خلال سقوط المذنبات على سطح جرم سماوي. صحيح ، في وقت من الأوقات ، كانت هذه الأفكار تعتبر غريبة للغاية ولم تحصل على الدعم. كان هذا إلى حد كبير بسبب حقيقة أن الناس لم يعرفوا بعد عن وجود أنظمة كوكبية أخرى - فقط نظامنا الشمسي "المنزل" كان معروفًا.
خطوة مهمة إلى الأمام في دراسة الثقوب السوداء ، تم صنع الأقزام البيضاء في نهاية العقد الثامن من القرن الماضي. يمتلك العلماء تحت تصرفهم أدوات قوية خاصة بالأشعة تحت الحمراء لمراقبة أعماق الفضاء ، مما جعل من الممكن اكتشاف الأشعة تحت الحمراء حول أحد علماء الفلك القزم الأبيض المعروفين. تم الكشف عن هذا بالضبط حول القزم ، الذي كان غلافه الجوي يحتوي على معدنالتضمين
الأشعة تحت الحمراء ، التي جعلت من الممكن تقدير درجة حرارة القزم الأبيض ، أخبر العلماء أيضًا أن الجسم النجمي محاط ببعض المواد التي يمكنها امتصاص الإشعاع النجمي. يتم تسخين هذه المادة إلى درجة حرارة معينة ، أقل من تلك الخاصة بالنجم. هذا يسمح لك بإعادة توجيه الطاقة الممتصة تدريجيًا. يحدث الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
العلم يتقدم
أصبحت أطياف القزم الأبيض موضوع دراسة العقول المتقدمة لعالم الفلكيين. كما اتضح فيما بعد ، يمكنك الحصول منهم على الكثير من المعلومات حول ميزات الأجرام السماوية. كانت ملاحظات الأجسام النجمية ذات الأشعة تحت الحمراء الزائدة ذات أهمية خاصة. في الوقت الحاضر ، كان من الممكن تحديد حوالي ثلاثين نظامًا من هذا النوع. تمت دراسة نسبتهم الأساسية باستخدام أقوى تلسكوب سبيتزر.
وجد العلماء ، الذين يراقبون الأجرام السماوية ، أن كثافة الأقزام البيضاء أقل بكثير من هذه المعلمة التي تميز العمالقة. كما وجد أن الأشعة تحت الحمراء الزائدة ناتجة عن وجود أقراص تكونت من مادة معينة يمكنها امتصاص إشعاع الطاقة. إنه الذي يشع بعد ذلك الطاقة ، ولكن في نطاق طول موجي مختلف.
الأقراص قريبة بشكل استثنائي وتؤثر على كتلة الأقزام البيضاء إلى حد ما (والتي لا يمكن أن تتجاوز حد Chandrasekhar). يسمى نصف القطر الخارجي القرص المخلفي. لقد قيل أنه تم تشكيله أثناء تدمير بعض الجسد. في المتوسط ، نصف القطر مشابه في الحجم للشمس.
إذا انتبهت إلى نظامنا الكوكبي ، يصبح من الواضح أنه بالقرب نسبيًا من "المنزل" يمكننا ملاحظة مثال مشابه - هذه هي الحلقات المحيطة بزحل ، والتي يمكن مقارنة حجمها أيضًا بنصف قطر نجمنا. بمرور الوقت ، وجد العلماء أن هذه الميزة ليست الميزة الوحيدة التي تشترك فيها الأقزام وزحل. على سبيل المثال ، يحتوي كل من الكوكب والنجوم على أقراص رفيعة جدًا ، والتي لا تكون شفافة عند محاولة السطوع من خلال الضوء.
استنتاجات وتطوير النظرية
نظرًا لأن حلقات الأقزام البيضاء يمكن مقارنتها بتلك التي تحيط بزحل ، فقد أصبح من الممكن صياغة نظريات جديدة تشرح وجود المعادن في الغلاف الجوي لهذه النجوم. يعرف علماء الفلك أن الحلقات حول زحل تتشكل من اضطراب المد والجزر لبعض الأجسام القريبة بما يكفي من الكوكب لتتأثر بمجال الجاذبية الخاص به. في مثل هذه الحالة ، لا يستطيع الجسم الخارجي الحفاظ على جاذبيته ، مما يؤدي إلى انتهاك السلامة.
منذ حوالي خمسة عشر عامًا ، تم تقديم نظرية جديدة توضح تكوين حلقات الأقزام البيضاء بطريقة مماثلة. كان من المفترض في البداية أن القزم كان نجمًا في مركز نظام الكواكب. يتطور الجسم السماوي بمرور الوقت ، والذي يستغرق مليارات السنين ، ويتضخم ويفقد قوقعته ، وهذا يتسبب في تكوين قزم يبرد تدريجياً. بالمناسبة ، يتم تفسير لون الأقزام البيضاء بدقة من خلال درجة حرارتها. بالنسبة للبعض ، يقدر بنحو 200000 ك.
يمكن لنظام الكواكب في مسار مثل هذا التطور البقاء على قيد الحياة ، مما يؤدي إلىتمدد الجزء الخارجي من النظام في نفس الوقت مع انخفاض في كتلة النجم. نتيجة لذلك ، يتم تكوين نظام كبير من الكواكب. الكواكب والكويكبات والعديد من العناصر الأخرى تنجو من التطور.
ماذا بعد؟
يمكن أن يؤدي تقدم النظام إلى عدم استقراره. يؤدي هذا إلى قصف الفضاء المحيط بالكوكب بالحجارة ، وتطير الكويكبات جزئيًا خارج النظام. ومع ذلك ، ينتقل بعضها إلى مدارات ، ويجدون أنفسهم عاجلاً أم آجلاً داخل نصف القطر الشمسي للقزم. لا تحدث الاصطدامات ، لكن قوى المد والجزر تؤدي إلى انتهاك سلامة الجسم. تأخذ مجموعة من هذه الكويكبات شكلًا مشابهًا للحلقات المحيطة بزحل. وهكذا ، يتشكل قرص حطام حول النجم. تختلف كثافة القزم الأبيض (حوالي 10 ^ 7 جم / سم 3) وقرصه المخلفات بشكل كبير.
أصبحت النظرية الموصوفة تفسيرًا كاملاً ومنطقيًا إلى حد ما لعدد من الظواهر الفلكية. من خلالها ، يمكن للمرء أن يفهم سبب كون الأقراص مضغوطة ، لأنه لا يمكن أن يكون النجم محاطًا بقرص بنصف قطر مماثل للشمس طوال فترة وجوده ، وإلا فستكون هذه الأقراص داخل جسمه في البداية.
من خلال شرح تكوين الأقراص وحجمها ، يمكن للمرء أن يفهم من أين يأتي العرض الغريب للمعادن. يمكن أن ينتهي به الأمر على السطح النجمي ، مما يؤدي إلى تلويث القزم بجزيئات معدنية. النظرية الموصوفة ، دون تناقض المؤشرات التي تم الكشف عنها لمتوسط كثافة الأقزام البيضاء (بترتيب 10 ^ 7 جم / سم 3) ، تثبت سبب ملاحظة المعادن في الغلاف الجوي للنجوم ، ولماذا قياس المادة الكيميائيةمن خلال الوسائل التي يمكن أن تكون في متناول الإنسان ولأي سبب فإن توزيع العناصر مشابه لتلك الخاصية لكوكبنا والأشياء الأخرى المدروسة.
نظريات: هل هناك فائدة؟
تم استخدام الفكرة الموصوفة على نطاق واسع كأساس لشرح سبب تلوث قذائف النجوم بالمعادن ، ولماذا ظهرت أقراص الحطام. بالإضافة إلى ذلك ، يترتب على ذلك وجود نظام كوكبي حول القزم. ليست هناك مفاجأة كبيرة في هذا الاستنتاج ، لأن البشرية أثبتت أن معظم النجوم لديها أنظمة الكواكب الخاصة بها. هذه سمة لكل من تلك التي تشبه الشمس ، وتلك الأكبر بكثير من أبعادها - أي الأقزام البيضاء تتكون منها.
المواضيع لم تستنفد
حتى لو اعتبرنا النظرية الموصوفة أعلاه مقبولة ومثبتة بشكل عام ، تظل بعض الأسئلة لعلماء الفلك مفتوحة حتى يومنا هذا. من الأمور ذات الأهمية الخاصة خصوصية نقل المادة بين الأقراص وسطح جرم سماوي. كما يشير البعض ، هذا بسبب الإشعاع. تستند النظريات التي تدعو بهذه الطريقة لوصف انتقال المادة إلى تأثير Poynting-Robertson. هذه الظاهرة ، تحت تأثيرها ، تتحرك الجسيمات ببطء في مدار حول نجم فتي ، وتتصاعد تدريجياً نحو المركز وتختفي في جرم سماوي. من المفترض أن يظهر هذا التأثير في أقراص الحطام المحيطة بالنجوم ، أي أن الجزيئات الموجودة في الأقراص تجد نفسها عاجلاً أم آجلاً على مقربة استثنائية من القزم. المواد الصلبةتخضع للتبخر ، يتشكل الغاز - على شكل أقراص تم تسجيلها حول العديد من الأقزام المرصودة. عاجلاً أم آجلاً ، يصل الغاز إلى سطح القزم ، ناقلاً المعادن هنا.
الحقائق التي تم الكشف عنها يقدرها علماء الفلك كمساهمة كبيرة في العلم ، حيث يقترحون كيفية تشكل الكواكب. هذا مهم ، لأن كائنات البحث التي تجذب المتخصصين غالبًا ما تكون غير متوفرة. على سبيل المثال ، من النادر للغاية دراسة الكواكب التي تدور حول نجوم أكبر من الشمس - فمن الصعب للغاية على المستوى التقني المتاح لحضارتنا. بدلاً من ذلك ، تمكن الناس من دراسة أنظمة الكواكب بعد تحول النجوم إلى أقزام. إذا تمكنا من التطور في هذا الاتجاه ، فسيكون من الممكن بالتأكيد الكشف عن بيانات جديدة حول وجود أنظمة الكواكب وخصائصها المميزة.
الأقزام البيضاء ، في الغلاف الجوي الذي تم اكتشاف المعادن فيه ، تسمح لنا بالحصول على فكرة عن التركيب الكيميائي للمذنبات والأجسام الكونية الأخرى. في الواقع ، ليس لدى العلماء طريقة أخرى لتقييم التركيب. على سبيل المثال ، عند دراسة الكواكب العملاقة ، يمكن للمرء الحصول على فكرة فقط عن الطبقة الخارجية ، ولكن لا توجد معلومات موثوقة حول المحتوى الداخلي. ينطبق هذا أيضًا على نظامنا "المنزلي" ، حيث لا يمكن دراسة التركيب الكيميائي إلا من ذلك الجسم السماوي الذي سقط على سطح الأرض أو حيث كان من الممكن هبوط جهاز البحث.
كيف الحال؟
عاجلاً أم آجلاً ، سيصبح نظامنا الكوكبي أيضًا "منزل" قزم أبيض. كما يقول العلماء ، فإن النواة النجمية لهاكمية محدودة من المادة للحصول على الطاقة ، ويتم استنفاد التفاعلات النووية الحرارية عاجلاً أم آجلاً. يتناقص حجم الغاز ، وترتفع الكثافة إلى طن لكل سنتيمتر مكعب ، بينما يستمر التفاعل في الطبقات الخارجية. يتمدد النجم ليصبح عملاقًا أحمر نصف قطره يعادل مئات النجوم التي تساوي الشمس. عندما يتوقف الغلاف الخارجي عن "الاحتراق" ، في غضون 100000 عام يكون هناك تشتت للمادة في الفضاء ، مصحوبًا بتكوين سديم.
تحرر نواة النجم من القشرة ، وتخفض درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى تكوين قزم أبيض. في الواقع ، مثل هذا النجم هو غاز عالي الكثافة. في العلم ، غالبًا ما يشار إلى الأقزام على أنها أجسام سماوية متدهورة. إذا كان نجمنا مضغوطًا وكان نصف قطره بضعة آلاف من الكيلومترات فقط ، ولكن سيتم الحفاظ على الوزن تمامًا ، فسيحدث هنا أيضًا قزم أبيض.
الميزات والنقاط الفنية
نوع الجسم الكوني قيد الدراسة قادر على التوهج ، لكن هذه العملية تفسر بآليات أخرى غير التفاعلات النووية الحرارية. يسمى التوهج المتبقي ، ويفسر ذلك بانخفاض درجة الحرارة. يتكون القزم من مادة تكون أيوناتها أحيانًا أكثر برودة من 15000 كلفن ، وتعتبر الحركات التذبذبية من سمات العناصر. بالتدريج يصبح الجسم السماوي متبلورًا ، ويضعف وهجه ، ويتحول القزم إلى اللون البني.
حدد العلماء حدًا للكتلة لمثل هذا الجسم السماوي - يصل إلى 1.4 من وزن الشمس ، ولكن ليس أكثر من هذا الحد. إذا تجاوزت الكتلة هذا الحد ،النجم لا يمكن أن يوجد. هذا بسبب ضغط مادة في حالة مضغوطة - فهو أقل من جاذبية الجاذبية التي تضغط على المادة. يوجد انضغاط قوي جدا مما يؤدي لظهور النيوترونات المادة نيوترونات
يمكن أن تؤدي عملية الضغط إلى انحطاط. في هذه الحالة يتكون نجم نيوتروني. الخيار الثاني هو الضغط المستمر ، عاجلاً أم آجلاً يؤدي إلى الانفجار.
المعلمات والميزات العامة
اللمعان البوليومتري للفئة المدروسة من الأجرام السماوية بالنسبة لخاصية الشمس أقل من حوالي عشرة آلاف مرة. نصف قطر القزم أقل من مائة مرة من الشمس ، في حين أن الوزن يمكن مقارنته بتلك الصفة المميزة للنجم الرئيسي لنظامنا الكوكبي. لتحديد حد الكتلة للقزم ، تم حساب حد Chandrasekhar. عندما يتم تجاوزه ، يتطور القزم إلى شكل آخر من أشكال الأجرام السماوية. يتكون الغلاف الضوئي للنجم ، في المتوسط ، من مادة كثيفة تقدر بنحو 105-109 جم / سم 3. بالمقارنة مع التسلسل الرئيسي ، فهي أكثر كثافة بمليون مرة.
يعتقد بعض علماء الفلك أن 3٪ فقط من جميع النجوم في المجرة هي أقزام بيضاء ، والبعض الآخر مقتنع بأن كل عُشر ينتمي إلى هذه الفئة. تختلف التقديرات كثيرًا حول سبب صعوبة مراقبة الأجرام السماوية - فهي بعيدة عن كوكبنا وتتوهج بشكل ضعيف للغاية.
قصص واسماء
في عام 1785 ، ظهر جسم في قائمة النجوم المزدوجة التي كان هيرشل يراقبها. سميت النجمة 40 Eridani B. وهي التي تعتبر أول شخص ينظر إليه من فئة البيض.الأقزام. في عام 1910 ، لاحظ راسل أن هذا الجسم السماوي لديه مستوى منخفض للغاية من اللمعان ، على الرغم من أن درجة حرارة اللون مرتفعة للغاية. بمرور الوقت ، تقرر فصل الأجرام السماوية من هذه الفئة إلى فئة منفصلة.
في عام 1844 ، قرر بيسل ، وهو يدرس المعلومات التي تم الحصول عليها عن طريق تتبع Procyon B ، Sirius B ، أن كلاهما قد تحول من خط مستقيم من وقت لآخر ، مما يعني أن هناك أقمار صناعية قريبة. بدا مثل هذا الافتراض غير مرجح بالنسبة للمجتمع العلمي ، حيث لا يمكن رؤية أي قمر صناعي ، في حين لا يمكن تفسير الانحرافات إلا من خلال جرم سماوي ، كتلته كبيرة بشكل استثنائي (على غرار Sirius ، Procyon).
في عام 1962 ، عمل كلارك مع أكبر تلسكوب موجود في ذلك الوقت ، وحدد جرمًا سماويًا خافتًا جدًا بالقرب من سيريوس. كان هو الذي أطلق عليه اسم Sirius B ، وهو نفس القمر الصناعي الذي اقترحه Bessel قبل ذلك بوقت طويل. في عام 1896 ، أظهرت الدراسات أن Procyon كان لديها أيضًا قمر صناعي - كان يسمى Procyon B. لذلك ، تم تأكيد أفكار Bessel بالكامل.
