La enana blanca es una estrella bastante común en nuestro espacio. Los científicos lo llaman el resultado de la evolución de las estrellas, la etapa final del desarrollo. En total, hay dos escenarios para la modificación de un cuerpo estelar, en un caso la etapa final es una estrella de neutrones, en el otro un agujero negro. Los enanos son el último paso evolutivo. Tienen sistemas planetarios a su alrededor. Los científicos pudieron determinar esto examinando especímenes enriquecidos con metales.
Fondo
Las enanas blancas son estrellas que atrajeron la atención de los astrónomos en 1919. Por primera vez, un científico de los Países Bajos, Maanen, descubrió un cuerpo celeste de este tipo. Para su época, el especialista hizo un descubrimiento bastante atípico e inesperado. El enano que vio parecía una estrella, pero tenía tamaños pequeños no estándar. El espectro, sin embargo, era como si fuera un cuerpo celeste masivo y grande.
Las razones de un fenómeno tan extraño han atraído a los científicos durante bastante tiempo, por lo que se ha hecho un gran esfuerzo para estudiar la estructura de las enanas blancas. El avance se logró cuando expresaron y demostraron la suposición de la abundancia de diversas estructuras metálicas en la atmósfera de un cuerpo celeste.
Es necesario aclarar que los metales en astrofísica son todo tipo de elementos, cuyas moléculas son más pesadas que el hidrógeno, el helio, y su composición química es más progresiva que estos dos compuestos. El helio, el hidrógeno, como lograron establecer los científicos, están más extendidos en nuestro universo que cualquier otra sustancia. En base a esto, se decidió designar todo lo demás como metales.
Desarrollo del tema
Aunque las enanas blancas de tamaño muy diferente al Sol se vieron por primera vez en los años veinte, solo medio siglo después se descubrió que la presencia de estructuras metálicas en la atmósfera estelar no es un fenómeno típico. Al final resultó que, cuando se incluyen en la atmósfera, además de las dos sustancias más comunes, las más pesadas, se desplazan hacia las capas más profundas. Las sustancias pesadas, que se encuentran entre las moléculas de helio, hidrógeno, eventualmente deben trasladarse al núcleo de la estrella.
Hubo varias razones para este proceso. El radio de una enana blanca es pequeño, tales cuerpos estelares son muy compactos; no es por nada que obtuvieron su nombre. En promedio, el radio es comparable al de la tierra, mientras que el peso es similar al peso de una estrella que ilumina nuestro sistema planetario. Esta relación de dimensiones y peso provoca una aceleración superficial gravitacional excepcionalmente grande. En consecuencia, la deposición de metales pesados en la atmósfera de hidrógeno y helio ocurre solo unos pocos días terrestres después de que la molécula ingresa a la masa gaseosa total.
Características y duración
A veces, características de las enanas blancasson tales que el proceso de sedimentación de moléculas de sustancias pesadas puede retrasarse mucho tiempo. Las opciones más favorables, desde el punto de vista de un observador de la Tierra, son procesos que toman millones, decenas de millones de años. Sin embargo, tales lapsos de tiempo son excepcionalmente cortos en comparación con el tiempo de vida del propio cuerpo estelar.
La evolución de una enana blanca es tal que la mayoría de las formaciones observadas por el hombre en este momento ya tienen varios cientos de millones de años terrestres. Si comparamos esto con el proceso más lento de absorción de metales por el núcleo, la diferencia es más que significativa. Por lo tanto, la detección de metal en la atmósfera de cierta estrella observable nos permite concluir con certeza que el cuerpo no tenía inicialmente tal composición atmosférica, de lo contrario todas las inclusiones de metal habrían desaparecido hace mucho tiempo.
Teoría y práctica
Las observaciones descritas anteriormente, así como la información recopilada durante muchas décadas sobre enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, sugirieron que la atmósfera recibe inclusiones metálicas de fuentes externas. Los científicos primero decidieron que este es el medio entre las estrellas. Un cuerpo celeste se mueve a través de tal materia, acumula el medio sobre su superficie, enriqueciendo así la atmósfera con elementos pesados. Pero posteriores observaciones mostraron que tal teoría es insostenible. Según precisaron los expertos, si el cambio en la atmósfera se produjera de esta forma, la enana recibiría principalmente hidrógeno del exterior, ya que el medio entre las estrellas estaba formado en su mayor parte por hidrógeno ymoléculas de helio. Solo un pequeño porcentaje del medio son compuestos pesados.
Si la teoría formada a partir de observaciones primarias de enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros se justificara, las enanas consistirían en hidrógeno como el elemento más ligero. Esto no permitiría la existencia de cuerpos celestes ni siquiera de helio, porque el helio es más pesado, lo que significa que la acumulación de hidrógeno lo ocultaría por completo del ojo de un observador externo. Basándose en la presencia de enanas de helio, los científicos llegaron a la conclusión de que el medio interestelar no puede servir como la única y ni siquiera la principal fuente de metales en la atmósfera de los cuerpos estelares.
¿Cómo se explica?
Científicos que estudiaron los agujeros negros, enanas blancas en los años 70 del siglo pasado, sugirieron que las inclusiones metálicas pueden explicarse por la caída de cometas sobre la superficie de un cuerpo celeste. Es cierto que en un momento tales ideas se consideraron demasiado exóticas y no recibieron apoyo. Esto se debió en gran parte al hecho de que la gente aún no sabía acerca de la presencia de otros sistemas planetarios; solo se conocía nuestro sistema solar "hogar".
Un importante paso adelante en el estudio de los agujeros negros, las enanas blancas, se dio a finales de la octava década del siglo pasado. Los científicos tienen a su disposición instrumentos infrarrojos especialmente potentes para observar las profundidades del espacio, lo que hizo posible detectar la radiación infrarroja alrededor de uno de los astrónomos enanos blancos conocidos. Esto se reveló precisamente alrededor del enano, cuya atmósfera contenía metalesinclusión.
La radiación infrarroja, que hizo posible estimar la temperatura de la enana blanca, también les dijo a los científicos que el cuerpo estelar está rodeado por alguna sustancia que puede absorber la radiación estelar. Esta sustancia se calienta a un nivel de temperatura específico, menor que el de una estrella. Esto le permite redirigir gradualmente la energía absorbida. La radiación ocurre en el rango infrarrojo.
La ciencia avanza
Los espectros de la enana blanca se han convertido en objeto de estudio de las mentes avanzadas del mundo de los astrónomos. Al final resultó que, de ellos puede obtener mucha información sobre las características de los cuerpos celestes. De particular interés fueron las observaciones de cuerpos estelares con exceso de radiación infrarroja. En la actualidad, se han podido identificar unas tres decenas de sistemas de este tipo. Su porcentaje principal se estudió utilizando el telescopio Spitzer más potente.
Los científicos, al observar los cuerpos celestes, descubrieron que la densidad de las enanas blancas es significativamente menor que este parámetro característico de las gigantes. También se encontró que el exceso de radiación infrarroja se debe a la presencia de discos formados por una sustancia específica que puede absorber la radiación de energía. Es el que luego irradia energía, pero en un rango de longitud de onda diferente.
Los discos están excepcionalmente cerca y afectan la masa de las enanas blancas hasta cierto punto (que no puede exceder el límite de Chandrasekhar). El radio exterior se llama disco detrítico. Se ha sugerido que se formó durante la destrucción de algún cuerpo. En promedio, el tamaño del radio es comparable al del Sol.
Si presta atención a nuestro sistema planetario, queda claro que relativamente cerca del "hogar" podemos observar un ejemplo similar: estos son los anillos que rodean a Saturno, cuyo tamaño también es comparable al radio de nuestra estrella Con el tiempo, los científicos han descubierto que esta característica no es la única que tienen en común las enanas y Saturno. Por ejemplo, tanto el planeta como las estrellas tienen discos muy delgados, que no son transparentes cuando intentan brillar a través de la luz.
Conclusiones y desarrollo de la teoría
Debido a que los anillos de las enanas blancas son comparables a los que rodean a Saturno, ha sido posible formular nuevas teorías que expliquen la presencia de metales en la atmósfera de estas estrellas. Los astrónomos saben que los anillos alrededor de Saturno están formados por la interrupción de las mareas de algunos cuerpos que están lo suficientemente cerca del planeta como para verse afectados por su campo gravitatorio. En tal situación, el cuerpo externo no puede mantener su propia gravedad, lo que conduce a una violación de la integridad.
Hace unos quince años, se presentó una nueva teoría que explicaba la formación de anillos de enanas blancas de manera similar. Se asumió que inicialmente la enana era una estrella en el centro del sistema planetario. El cuerpo celeste evoluciona con el tiempo, lo que lleva miles de millones de años, se hincha, pierde su caparazón y esto provoca la formación de una enana, que se enfría gradualmente. Por cierto, el color de las enanas blancas se explica precisamente por su temperatura. Para algunos, se estima en 200.000 K.
El sistema de planetas en el curso de tal evolución puede sobrevivir, lo que lleva aexpansión de la parte exterior del sistema simultáneamente con una disminución en la masa de la estrella. Como resultado, se forma un gran sistema de planetas. Los planetas, asteroides y muchos otros elementos sobreviven a la evolución.
¿Qué sigue?
El progreso del sistema puede conducir a su inestabilidad. Esto conduce al bombardeo del espacio que rodea al planeta con piedras, y los asteroides salen volando parcialmente del sistema. Algunos de ellos, sin embargo, se mueven en órbitas, encontrándose tarde o temprano dentro del radio solar del enano. Las colisiones no ocurren, pero las fuerzas de marea conducen a una violación de la integridad del cuerpo. Un grupo de tales asteroides adquiere una forma similar a los anillos que rodean a Saturno. Así, se forma un disco de escombros alrededor de la estrella. La densidad de la enana blanca (alrededor de 10^7 g/cm3) y su disco detrítico difieren significativamente.
La teoría descrita se ha convertido en una explicación bastante completa y lógica de una serie de fenómenos astronómicos. A través de él, uno puede entender por qué los discos son compactos, porque una estrella no puede estar rodeada por un disco con un radio comparable al del sol durante toda su existencia, de lo contrario, tales discos estarían dentro de su cuerpo al principio.
Al explicar la formación de los discos y su tamaño, se puede entender de dónde proviene el peculiar suministro de metales. Podría terminar en la superficie estelar, contaminando al enano con moléculas de metal. La teoría descrita, sin contradecir los indicadores revelados de la densidad media de las enanas blancas (del orden de 10^7 g/cm3), demuestra por qué se observan metales en la atmósfera de las estrellas, por qué la medida de la químicacomposición por medios posiblemente accesibles al hombre y por qué la distribución de los elementos es similar a la característica de nuestro planeta y otros objetos estudiados.
Teorías: ¿hay algún beneficio?
La idea descrita fue ampliamente utilizada como base para explicar por qué las capas de las estrellas están contaminadas con metales, por qué aparecieron los discos de escombros. Además, de ello se deduce que existe un sistema planetario alrededor del enano. Hay poca sorpresa en esta conclusión, porque la humanidad ha establecido que la mayoría de las estrellas tienen sus propios sistemas de planetas. Esto es característico tanto de aquellos que son similares al Sol como de aquellos que son mucho más grandes que sus dimensiones, es decir, a partir de ellos se forman enanas blancas.
Temas no agotados
Incluso si consideramos que la teoría descrita anteriormente es generalmente aceptada y probada, algunas preguntas para los astrónomos siguen abiertas hasta el día de hoy. De particular interés es la especificidad de la transferencia de materia entre los discos y la superficie de un cuerpo celeste. Como algunos sugieren, esto se debe a la radiación. Las teorías que así llaman a describir el transporte de materia se basan en el efecto Poynting-Robertson. Este fenómeno, bajo la influencia del cual las partículas se mueven lentamente en una órbita alrededor de una estrella joven, girando gradualmente en espiral hacia el centro y desapareciendo en un cuerpo celeste. Presumiblemente, este efecto debería manifestarse en los discos de escombros que rodean a las estrellas, es decir, las moléculas que están presentes en los discos tarde o temprano se encuentran en una proximidad excepcional a la enana. Sólidosestán sujetos a la evaporación, se forma gas, tal en forma de discos se ha registrado alrededor de varios enanos observados. Tarde o temprano, el gas llega a la superficie del enano, transportando metales aquí.
Los astrónomos estiman los hechos revelados como una contribución significativa a la ciencia, ya que sugieren cómo se formaron los planetas. Esto es importante, ya que los objetos de investigación que atraen a los especialistas a menudo no están disponibles. Por ejemplo, los planetas que giran alrededor de estrellas más grandes que el Sol son extremadamente raros de estudiar; es demasiado difícil en el nivel técnico que está disponible para nuestra civilización. En cambio, la gente ha podido estudiar los sistemas planetarios después de la transformación de las estrellas en enanas. Si logramos avanzar en esta dirección, seguramente será posible revelar nuevos datos sobre la presencia de sistemas planetarios y sus características distintivas.
Las enanas blancas, en cuya atmósfera se han detectado metales, nos permiten hacernos una idea de la composición química de los cometas y otros cuerpos cósmicos. De hecho, los científicos simplemente no tienen otra forma de evaluar la composición. Por ejemplo, al estudiar los planetas gigantes, uno puede tener una idea solo de la capa externa, pero no hay información confiable sobre el contenido interno. Esto también se aplica a nuestro sistema de "casa", ya que la composición química solo se puede estudiar desde ese cuerpo celeste que cayó a la superficie de la Tierra o donde fue posible aterrizar el aparato de investigación.
¿Cómo te va?
Tarde o temprano, nuestro sistema planetario también se convertirá en el "hogar" de una enana blanca. Como dicen los científicos, el núcleo estelar tieneuna cantidad limitada de materia para obtener energía, y tarde o temprano se agotan las reacciones termonucleares. El volumen del gas disminuye, la densidad aumenta a una tonelada por centímetro cúbico, mientras que en las capas exteriores la reacción continúa. La estrella se expande, convirtiéndose en una gigante roja, cuyo radio es comparable a cientos de estrellas iguales al Sol. Cuando la capa exterior deja de "quemarse", dentro de 100.000 años se produce una dispersión de materia en el espacio, que va acompañada de la formación de una nebulosa.
El núcleo de la estrella, liberado del caparazón, baja la temperatura, lo que conduce a la formación de una enana blanca. De hecho, tal estrella es un gas de alta densidad. En la ciencia, los enanos a menudo se denominan cuerpos celestes degenerados. Si nuestra estrella estuviera comprimida y su radio fuera solo de unos pocos miles de kilómetros, pero el peso se mantuviera completamente preservado, entonces también se formaría aquí una enana blanca.
Características y puntos técnicos
El tipo de cuerpo cósmico bajo consideración es capaz de brillar, pero este proceso se explica por otros mecanismos además de las reacciones termonucleares. El brillo se llama residual, se explica por una disminución de la temperatura. El enano está formado por una sustancia cuyos iones son a veces más fríos que 15.000 K. Los movimientos oscilatorios son característicos de los elementos. Gradualmente, el cuerpo celeste se vuelve cristalino, su brillo se debilita y la enana evoluciona a marrón.
Los científicos han identificado un límite de masa para tal cuerpo celeste: hasta 1,4 del peso del Sol, pero no más que este límite. Si la masa excede este límite,la estrella no puede existir. Esto se debe a la presión de una sustancia en estado comprimido: es menor que la atracción gravitacional que comprime la sustancia. Hay una compresión muy fuerte, que conduce a la aparición de neutrones, la sustancia se neutroniza.
El proceso de compresión puede conducir a la degeneración. En este caso, se forma una estrella de neutrones. La segunda opción es la compresión continua, que tarde o temprano conduce a una explosión.
Parámetros y características generales
La luminosidad bolométrica de la categoría considerada de cuerpos celestes relativa a la característica del Sol es inferior a unas diez mil veces. El radio de la enana es inferior a cien veces el sol, mientras que el peso es comparable al característico de la estrella principal de nuestro sistema planetario. Para determinar el límite de masa de un enano, se calculó el límite de Chandrasekhar. Cuando se excede, el enano evoluciona a otra forma de cuerpo celeste. La fotosfera de una estrella, en promedio, se compone de materia densa, estimada en 105–109 g/cm3. En comparación con la secuencia principal, es un millón de veces más densa.
Algunos astrónomos creen que solo el 3% de todas las estrellas de la galaxia son enanas blancas, y algunos están convencidos de que cada décimo pertenece a esta clase. Las estimaciones varían mucho sobre el motivo de la dificultad de observar los cuerpos celestes: están lejos de nuestro planeta y brillan demasiado débilmente.
Historias y nombres
En 1785, apareció un cuerpo en la lista de estrellas dobles, que Herschel estaba observando. La estrella fue nombrada 40 Eridani B. Es ella quien es considerada la primera persona vista desde la categoría blanca.enanos En 1910, Russell notó que este cuerpo celeste tiene un nivel de luminosidad extremadamente bajo, aunque la temperatura de color es bastante alta. Con el tiempo, se decidió que los cuerpos celestes de esta clase deberían separarse en una categoría aparte.
En 1844, Bessel, estudiando la información obtenida al rastrear a Procyon B, Sirius B, decidió que ambos se desplazaban de una línea recta de vez en cuando, lo que significa que hay satélites cercanos. Tal suposición parecía poco probable para la comunidad científica, ya que no se podía ver ningún satélite, mientras que las desviaciones solo podían explicarse por un cuerpo celeste, cuya masa es excepcionalmente grande (similar a Sirius, Procyon).
En 1962, Clark, trabajando con el telescopio más grande que existía en ese momento, identificó un cuerpo celeste muy tenue cerca de Sirio. Fue él quien se llamó Sirius B, el mismo satélite que Bessel había sugerido mucho antes. En 1896, los estudios demostraron que Procyon también tenía un satélite: se llamaba Procyon B. Por lo tanto, las ideas de Bessel se confirmaron por completo.
