Через мільярди років, коли Сонце перебуває у своєму остаточному загибелі смерті (тобто після того, як воно вже випарувало Землю), його гелієве ядро обвалиться на собі, переливаючись у щільно стиснуту кулю світиться газу, що називається білим карликом .
Але хоча ці зоряні надгробні камені вже краплять наш галактичний пейзаж, їх інтер’єри залишаються загадкою фізики - що не дивно, враховуючи, наскільки вони дивні.
Нещодавно пара дослідників створила витончену модель, щоб "розглянути" нутро білого гнома. І вгадайте, що? Ці космічні дивні кульки можуть змусити соромитися земних трюфелів, оскільки, здається, вони мають вершкові центри, наповнені екзотичними квантовими рідинами.
Колись горда зірка
Зірки, як наше Сонце, отримують свою енергію, сплавляючи водень у гелій глибоко в ядрах. Ця енергія не може тривати вічно - врешті-решт наявний водень вичерпається і партія припиняється. Але наприкінці свого життя зірки можуть ненадовго ввімкнути вогні, спалюючи гелій, залишаючи після себе інертну, мертву серцевину вуглецю та кисню.
Але маленькі зірки, як у нашого Сонця, не мають достатньо гравітаційної омфи, щоб злити вуглець і кисень у будь-яких важчих елементах, таких як магній або залізо, і тому вони гинуть, перетворюючись назовні і вивільняючи свою атмосферу в прекрасну (або горі, залежно від вашого точка зору) планетарна туманність.
Це ядро вуглецю і кисню залишається позаду, значна частина маси зірки замикається всередині ядра не більше Землі. Коли астрономи вперше виявили ці дивні об'єкти - тепер відомі як білі карлики - вони подумали, що вони неможливі, з обчисленою щільністю, що зростає в мільярд разів більше повітря, яким ми дихаємо. Як щось може мати таку надзвичайну щільність, а не просто руйнуватися під власною страшною вагою?
Але білі карлики не є неможливими, і теоретичні уявлення на початку 20 століття вирішили таємницю того, як білі карлики могли існувати. Відповідь надійшла у формі квантової механіки, і усвідомлення того, що при високій щільності природа є, простіше кажучи, дуже дивною. Що стосується білих карликів, то всередину може бути запакована лише певна кількість електронів. Оскільки ці спінінг-електрони відштовхуються один від одного, вони створюють достатній тиск, щоб утримати мертві зірки в повітряному шарі, витримуючи навіть майже переважні сили тяжіння.
І так зоряні трупи можуть жити трильйони років.
Центри, наповнені кремом
Хоча ці ранні підрахунки показували, як білі карлики можуть існувати у нашому Всесвіті, астрофізики знали, що прості описи не можуть повністю відобразити те, що відбувається в таких екзотичних ядрах. Зрештою, це стан речовини, який є абсолютно недоступним для лабораторій та експериментів тут, на Землі - хто знає, до яких дивних ігор може потрапити природа, глибоко в цих мертвих серцях?
Фізики і астрономи вже десятки років дивуються інтер'єрам білих карликів, і в недавній статті, що з'явилася в журналі переддруку arXiv, пара російських фізиків-теоретиків запропонувала нову модель глибоких сердечників у білих карликах, докладно розповівши про те, як їхня модель спирається на та відхиляється від попередньої роботи, і як потенційно спостерігачі можуть сказати, чи є їх нова модель точною.
У цій новій моделі вчені змоделювали серцевину білого карлика, що складається лише з одного виду важких заряджених ядер (це не зовсім точно, оскільки білі карлики - це суміш кількох елементів, таких як вуглець і кисень, але це досить хороший вихідний пункт), з цими частинками занурений у густий суп електронів.
Ця установка передбачає, що білі карлики досить теплі, щоб мати рідкі інтер’єри, що є обґрунтованим припущенням, враховуючи, що коли вони народжуються (а точніше, коли їх нарешті виставляють після смерті їхніх зірок), у них температура добре понад мільйон градусів кельвінів.
Зовнішні шари білого карлика піддаються холодному середовищу чистого вакууму, що дозволяє водню осідати на поверхні, надаючи їм легкої тонкої атмосфери. І в надзвичайні часи білі карлики остигають, врешті утворюючи гігантський кристал, але це досить довго, що здебільшого білі карлики наповнені екзотичною квантовою рідиною вуглецю та кисню, тому модель, що використовується в цьому дослідженні, відносно точний для великої частки життя білого карлика.
Поверхні підписів
Оскільки кишки білого карлика є однією з найбільш незвичайних середовищ Всесвіту, вивчення їх може виявити деякі глибокі властивості квантової механіки в екстремальних умовах. Але оскільки вчені ніколи не можуть сподіватися, що він мотузки в сусідньому білому карлику, щоб принести його на вівісекцію, то як ми можемо заглянути під капот?
Дослідники нової моделі показали, як світло, що випромінюється білими карликами, може бути різним теплом. Білі карлики не виробляють тепло самостійно; їх інтенсивна температура є результатом надзвичайних гравітаційних тисків, з якими вони стикалися, коли опинилися всередині зірок. Але як тільки їх зоря приймає, і вони потрапляють у космос, вони інтенсивно світяться - у перші тисячі років після їх великого виявлення вони настільки гарячі, що випромінюють рентгенівське випромінювання.
Але вони охолоджуються, все так повільно, витікаючи тепло, як радіація, в космос. І ми спостерігали білих карликів досить довго, щоб побачити, як вони охолоджуються протягом багатьох років і десятиліть. Наскільки швидко вони охолонуть, залежить від того, наскільки ефективно їх захоплене тепло може вийти на їх поверхню - що, в свою чергу, залежить від точного характеру їхніх кишок.
Ще одна особливість, яку дослідники показали, що може бути використана для зондування білих карликів, - це їх незначне коливання. Акін до того, як сейсмографія використовується для вивчення ядра Землі, макіяж та характер білого карлика змінюють те, як вібрації будуть проявлятися на поверхні.
Нарешті, ми можемо використовувати популяції білих карликів, щоб отримати підказку про їх інтер’єр, оскільки взаємозв'язок між їхніми масами та їх розмірами залежить від точних квантово-механічних зв’язків, що регулюють їх інтер'єр.
Зокрема, нове дослідження передбачає, що більшість білих карликів повинні остигати швидше, ніж ми думали, вібрувати трохи рідше, ніж пропонують старі моделі, і бути трохи більшими, ніж очікувалося, ніж якби ми не брали до уваги цю більш реалістичну модель. Тепер астрономи вирішують зробити досить точні вимірювання, щоб побачити, чи ми справді розуміємо ці екзотичні середовища, чи нам потрібно зробити ще одну тріщину.
- 8 способів побачити теорію відносності Ейнштейна в реальному житті
- 11 захоплюючих фактів про нашу Галактику Чумацького Шляху
- 11 найбільших питань без відповіді про темну матерію
Пол М. Саттер є астрофізиком в Державний університет штату Огайо, господар Запитайте космонавта і Космічне радіо, і автор Ваше місце у Всесвіті.
