Милиарди години от сега, когато слънцето е в последната си сила на смъртта (тоест, след като вече е изпарило Земята), неговото хелиево ядро ще се срути в себе си, изтръпвайки в плътно притиснато кълбо от светещ газ, наречено бяло джудже ,
Но докато тези звездни надгробни паметници вече изпъкват нашия галактически пейзаж, интериорът им остава загадка във физиката - което не е изненада, имайки предвид колко странни са те.
Наскоро двойка изследователи създадоха сложен модел, за да „разгледат“ вътрешностите на бяло джудже. И познай какво? Тези космически странни топчета биха могли да накарат да се засрамят земните трюфели, тъй като изглежда имат кремообразни центрове, пълни с екзотични квантови течности.
Някога горда звезда
Звезди като нашето слънце получават енергията си чрез сливане на водород в хелий дълбоко в сърцевините си. Тази енергия не може да продължи вечно - в крайна сметка наличният водород изтича и партито спира. Но в края на живота си звездите могат за кратко да включат светлините, като изгарят хелий, оставяйки след себе си инертна, мъртва сърцевина от въглерод и кислород.
Но малките звезди като нашето слънце не разполагат с достатъчно гравитационен омф, за да се слеят въглерод и кислород в по-тежки елементи като магнезий или желязо и така те умират, превръщайки се отвътре навън и освобождавайки атмосферата си в красива (или гари, в зависимост от вашата гледна точка) планетарна мъглявина.
Това ядро от въглерод и кислород остава зад, значителна част от масата на звездата, заключена вътре в ядро, не по-голямо от Земята. Когато астрономите за първи път откриха тези странни обекти - сега известни като бели джуджета - те смятаха, че са невъзможни, с изчислена плътност, извисяваща се над милиард пъти повече от въздуха, който дишаме. Как може нещо да има такава изключителна плътност, а не просто да се срине под собствената си ужасна тежест?
Но белите джуджета не са невъзможни и теоретичните прозрения в началото на 20-ти век разрешиха мистерията как евентуално могат да съществуват бели джуджета. Отговорът дойде под формата на квантова механика и осъзнаването, че при високи плътности природата е, казано по-просто, много странно. В случай на бели джуджета, вътре може да бъде опакован само определен брой електрони. Тъй като тези въртящи се електрони се отблъскват един друг, заедно създават достатъчно налягане, за да поддържат мъртвите звезди балонирани, издържайки дори на почти непреодолимите сили на гравитация.
И така звездните трупове могат да живеят на трилиони години.
Центрове, пълни с крем
Докато тези ранни изчисления показаха как белите джуджета могат да съществуват в нашата Вселена, астрофизиците знаеха, че прости описания няма да заснемат напълно това, което се случва в такива екзотични ядра. В крайна сметка, това е състояние на материята, което е напълно недостъпно за лаборатории и експерименти тук на Земята - кой знае какви странни игри може да изпадне природата, дълбоко в тези мъртви сърца?
Както физиците, така и астрономите се чудят за интериора на белите джуджета от десетилетия и в неотдавнашна книга, публикувана в списанието за предпечатните издания arXiv, двойка руски теоретични физици предложиха нов модел на дълбоките ядра в белите джуджета, описвайки подробно как техният модел надгражда и се отклонява от по-ранната работа и как потенциално наблюдателите могат да разберат дали новият им модел е точен.
В този нов модел учените симулираха сърцевината на бялото джудже, съставена само от един вид тежко заредени ядра (това не е напълно точно, тъй като белите джуджета са смес от няколко елемента като въглерод и кислород, но това е достатъчно добра отправна точка), като тези частици са потопени в гъста супа от електрони.
Тази настройка предполага, че белите джуджета са достатъчно топли, за да имат течен интериор, което е разумно предположение, като се има предвид, че когато са родени (или по-скоро, когато най-накрая са изложени след смъртта на своите домакини звезди), те имат температура добре над милион градуса келвини.
Най-външните слоеве на бяло джудже са изложени на фригидна среда на чист вакуум, което позволява водородът да се утаи на повърхността, като им дава лека, тънка атмосфера. И в екстремни времена, белите джуджета се охлаждат, в крайна сметка образуват гигантски кристал, но това е достатъчно дълго, че в по-голямата си част белите джуджета са пълни с екзотична квантова течност от въглерод и кислород, така че моделът, използван в това изследване, е сравнително точен за голяма част от живота на бяло джудже.
Повърхности за подпис
Тъй като червата на бяло джудже представляват една от най-необичайните среди във Вселената, изучаването им би могло да разкрие някои дълбоки свойства на квантовата механика при екстремни условия. Но тъй като учените никога не могат да се надяват да се въженят в близко бяло джудже, за да го въведат за вивисекция, как евентуално можем да погледнем под качулката?
Изследователите на новия модел показаха как светлината, излъчвана от белите джуджета, може да бъде различна топлина. Белите джуджета не генерират топлина самостоятелно; интензивните им температури са резултат от екстремните гравитационни налягания, с които са се сблъсквали, когато са били вътре в звезди. Но след като звездата им домакин издуха и те са изложени на космоса, те светят интензивно - в първите няколко хиляди години след голямото им разкриване, те са толкова горещи, че излъчват рентгеново лъчение.
Но изстиват, все така бавно, изпускайки топлината си като радиация в космоса. И ние наблюдаваме бели джуджета достатъчно дълго, за да можем да ги видим да изстинат в течение на години и десетилетия. Колко бързо се охлаждат, зависи от това колко ефикасно задържаната им топлина може да излезе на повърхността им - което от своя страна зависи от точния характер на червата им.
Друга характеристика, която изследователите показаха, че може да се използва за сондиране на бели джуджета, е тяхната непрекъснато леко колебание. Акин към начина, по който сеизмографията се използва за изучаване на ядрото на Земята, гримът и характерът на бяло джудже променя начина, по който вибрациите ще се показват на повърхността.
И накрая, можем да използваме популации от бели джуджета, за да получим намек за интериора им, тъй като връзката между техните маси и техните размери зависи от точните квантово-механични отношения, които управляват интериора им.
По-специално, новото изследване предполага, че повечето бели джуджета трябва да се охлаждат по-бързо, отколкото сме свикнали, да вибрират малко по-рядко, отколкото предполагат по-старите модели, и да бъдат малко по-големи от очакваното, отколкото ако не взехме предвид този по-реалистичен модел. Сега астрономите трябва да направят достатъчно точни измервания, за да видят дали наистина разбираме тези екзотични среди или трябва да направим още една пукнатина.
- 8 начина да видите теорията на относителността на Айнщайн в реалния живот
- 11 очарователни факти за нашата галактика на Млечния път
- 11-те най-големи въпроса без отговор относно тъмната материя
Пол М. Сътър е астрофизик в Държавният университет в Охайо, домакин на Попитайте Космонавт и Космическо радиои автор на Вашето място във Вселената.
