La naine blanche est une étoile assez commune dans notre espace. Les scientifiques l'appellent le résultat de l'évolution des étoiles, la dernière étape du développement. Au total, il existe deux scénarios de modification d'un corps stellaire, dans un cas l'étage final est une étoile à neutrons, dans l'autre un trou noir. Les nains sont la dernière étape de l'évolution. Ils ont des systèmes planétaires autour d'eux. Les scientifiques ont pu le déterminer en examinant des spécimens enrichis en métal.
Arrière-plan
Les naines blanches sont des étoiles qui ont attiré l'attention des astronomes en 1919. Pour la première fois, un tel corps céleste a été découvert par un scientifique néerlandais, Maanen. Pour son époque, le spécialiste a fait une découverte assez atypique et inattendue. Le nain qu'il a vu ressemblait à une étoile, mais avait des petites tailles non standard. Le spectre, cependant, était comme s'il s'agissait d'un corps céleste massif et large.
Les raisons d'un phénomène aussi étrange attirent les scientifiques depuis un certain temps, c'est pourquoi de nombreux efforts ont été déployés pour étudier la structure des naines blanches. La percée a été faite lorsqu'ils ont exprimé et prouvé l'hypothèse de l'abondance de diverses structures métalliques dans l'atmosphère d'un corps céleste.
Il est nécessaire de préciser que les métaux en astrophysique sont toutes sortes d'éléments, dont les molécules sont plus lourdes que l'hydrogène, l'hélium, et leur composition chimique est plus progressive que ces deux composés. L'hélium, l'hydrogène, comme les scientifiques ont réussi à l'établir, sont plus répandus dans notre univers que toute autre substance. Sur cette base, il a été décidé de désigner tout le reste comme des métaux.
Développement du thème
Bien que des naines blanches de taille très différente du Soleil aient été vues pour la première fois dans les années 20, ce n'est qu'un demi-siècle plus tard que les gens ont découvert que la présence de structures métalliques dans l'atmosphère stellaire n'est pas un phénomène typique. En fait, lorsqu'elles sont incluses dans l'atmosphère, en plus des deux substances les plus courantes, les plus lourdes, elles sont déplacées dans les couches plus profondes. Les substances lourdes, faisant partie des molécules d'hélium, d'hydrogène, doivent éventuellement se déplacer vers le cœur de l'étoile.
Il y avait plusieurs raisons à ce processus. Le rayon d'une naine blanche est petit, ces corps stellaires sont très compacts - ce n'est pas pour rien qu'ils ont reçu leur nom. En moyenne, le rayon est comparable à celui de la terre, tandis que le poids est similaire au poids d'une étoile qui illumine notre système planétaire. Ce rapport de dimensions et de poids provoque une accélération de surface gravitationnelle exceptionnellement importante. Par conséquent, le dépôt de métaux lourds dans l'atmosphère d'hydrogène et d'hélium ne se produit que quelques jours terrestres après l'entrée de la molécule dans la masse gazeuse totale.
Caractéristiques et durée
Parfois caractéristiques des naines blanchessont tels que le processus de sédimentation des molécules de substances lourdes peut être retardé pendant longtemps. Les options les plus favorables, du point de vue d'un observateur de la Terre, sont des processus qui prennent des millions, des dizaines de millions d'années. Pourtant, ces durées sont exceptionnellement courtes par rapport à la durée de vie du corps stellaire lui-même.
L'évolution d'une naine blanche est telle que la plupart des formations observées par l'homme à l'heure actuelle ont déjà plusieurs centaines de millions d'années terrestres. Si l'on compare cela avec le processus le plus lent d'absorption des métaux par le noyau, la différence est plus que significative. Par conséquent, la détection de métal dans l'atmosphère d'une certaine étoile observable nous permet de conclure avec certitude que le corps n'avait pas initialement une telle composition atmosphérique, sinon toutes les inclusions métalliques auraient disparu depuis longtemps.
Théorie et pratique
Les observations décrites ci-dessus, ainsi que les informations recueillies au cours de plusieurs décennies sur les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs, suggèrent que l'atmosphère reçoit des inclusions métalliques de sources externes. Les scientifiques ont d'abord décidé qu'il s'agissait du milieu entre les étoiles. Un corps céleste se déplace à travers une telle matière, accrète le milieu à sa surface, enrichissant ainsi l'atmosphère d'éléments lourds. Mais d'autres observations ont montré qu'une telle théorie est insoutenable. Comme les experts l'ont précisé, si le changement d'atmosphère se produisait de cette manière, la naine recevrait principalement de l'hydrogène de l'extérieur, puisque le milieu entre les étoiles était formé dans sa masse par de l'hydrogène etmolécules d'hélium. Seul un petit pourcentage du milieu est constitué de composés lourds.
Si la théorie formée à partir des observations primaires des naines blanches, des étoiles à neutrons, des trous noirs se justifiait, les naines seraient constituées d'hydrogène comme élément le plus léger. Cela ne permettrait même pas l'existence de corps célestes à l'hélium, car l'hélium est plus lourd, ce qui signifie que l'accrétion d'hydrogène le cacherait complètement à l'œil d'un observateur extérieur. Sur la base de la présence de naines d'hélium, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que le milieu interstellaire ne peut pas être la seule et même la principale source de métaux dans l'atmosphère des corps stellaires.
Comment expliquer ?
Les scientifiques qui ont étudié les trous noirs, les naines blanches dans les années 70 du siècle dernier, ont suggéré que les inclusions métalliques peuvent s'expliquer par la chute de comètes à la surface d'un corps céleste. Certes, à une certaine époque, de telles idées étaient considérées comme trop exotiques et n'ont pas reçu de soutien. Cela était en grande partie dû au fait que les gens ne connaissaient pas encore la présence d'autres systèmes planétaires - seul notre système solaire "d'origine" était connu.
Une avancée significative dans l'étude des trous noirs, les naines blanches a été faite à la fin de la prochaine, la huitième décennie du siècle dernier. Les scientifiques disposent d'instruments infrarouges particulièrement puissants pour observer les profondeurs de l'espace, ce qui a permis de détecter le rayonnement infrarouge autour de l'un des astronomes nain blanc connus. Cela s'est révélé précisément autour du nain, dont l'atmosphère contenait desinclusion.
Le rayonnement infrarouge, qui a permis d'estimer la température de la naine blanche, a également indiqué aux scientifiques que le corps stellaire est entouré d'une substance capable d'absorber le rayonnement stellaire. Cette substance est chauffée à un niveau de température spécifique, inférieur à celui d'une étoile. Cela vous permet de rediriger progressivement l'énergie absorbée. Le rayonnement se produit dans la gamme infrarouge.
La science avance
Les spectres de la naine blanche sont devenus l'objet d'étude des esprits avancés du monde des astronomes. En fin de compte, vous pouvez obtenir de nombreuses informations sur les caractéristiques des corps célestes. Les observations de corps stellaires présentant un excès de rayonnement infrarouge étaient particulièrement intéressantes. A l'heure actuelle, il a été possible d'identifier environ trois douzaines de systèmes de ce type. Leur pourcentage principal a été étudié à l'aide du télescope Spitzer le plus puissant.
Les scientifiques, observant les corps célestes, ont constaté que la densité des naines blanches est nettement inférieure à ce paramètre, caractéristique des géants. Il a également été constaté que l'excès de rayonnement infrarouge est dû à la présence de disques formés par une substance spécifique capable d'absorber le rayonnement énergétique. C'est elle qui émet ensuite de l'énergie, mais dans une gamme de longueurs d'onde différente.
Les disques sont exceptionnellement proches et affectent la masse des naines blanches dans une certaine mesure (qui ne peut pas dépasser la limite de Chandrasekhar). Le rayon extérieur est appelé disque détritique. Il a été suggéré qu'il s'est formé lors de la destruction d'un corps. En moyenne, le rayon est comparable en taille au Soleil.
Si vous faites attention à notre système planétaire, il devient clair que relativement près de la "maison", nous pouvons observer un exemple similaire - ce sont les anneaux entourant Saturne, dont la taille est également comparable au rayon de notre étoile. Au fil du temps, les scientifiques ont découvert que cette caractéristique n'est pas la seule que les naines et Saturne ont en commun. Par exemple, la planète et les étoiles ont des disques très fins, qui ne sont pas transparents lorsqu'ils essaient de briller à travers la lumière.
Conclusions et développement de la théorie
Parce que les anneaux des naines blanches sont comparables à ceux qui entourent Saturne, il est devenu possible de formuler de nouvelles théories expliquant la présence de métaux dans l'atmosphère de ces étoiles. Les astronomes savent que les anneaux autour de Saturne sont formés par la perturbation des marées de certains corps suffisamment proches de la planète pour être affectés par son champ gravitationnel. Dans une telle situation, le corps externe ne peut pas maintenir sa propre gravité, ce qui conduit à une violation de l'intégrité.
Il y a une quinzaine d'années, une nouvelle théorie a été présentée qui expliquait la formation des anneaux de naines blanches de la même manière. On a supposé qu'initialement le nain était une étoile au centre du système planétaire. L'astre évolue avec le temps, qui met des milliards d'années, gonfle, perd sa coquille, et cela provoque la formation d'une naine, qui se refroidit progressivement. Soit dit en passant, la couleur des naines blanches s'explique précisément par leur température. Pour certains, il est estimé à 200 000 K.
Le système de planètes au cours d'une telle évolution peut survivre, ce qui conduit àexpansion de la partie externe du système simultanément avec une diminution de la masse de l'étoile. En conséquence, un grand système de planètes est formé. Les planètes, les astéroïdes et de nombreux autres éléments survivent à l'évolution.
Quelle est la prochaine ?
La progression du système peut conduire à son instabilité. Cela conduit au bombardement de l'espace entourant la planète par des pierres et des astéroïdes sortent partiellement du système. Certains d'entre eux, cependant, se déplacent en orbite, se retrouvant tôt ou tard dans le rayon solaire de la naine. Les collisions ne se produisent pas, mais les forces de marée conduisent à une violation de l'intégrité du corps. Un groupe de tels astéroïdes prend une forme similaire aux anneaux entourant Saturne. Ainsi, un disque de débris se forme autour de l'étoile. La densité de la naine blanche (environ 10^7 g/cm3) et celle de son disque détritique diffèrent significativement.
La théorie décrite est devenue une explication assez complète et logique d'un certain nombre de phénomènes astronomiques. Grâce à elle, on peut comprendre pourquoi les disques sont compacts, car une étoile ne peut pas être entourée d'un disque de rayon comparable à celui du soleil pendant toute son existence, sinon de tels disques seraient d'abord à l'intérieur de son corps.
En expliquant la formation des disques et leur taille, on peut comprendre d'où vient l'approvisionnement particulier en métaux. Il pourrait se retrouver sur la surface stellaire, contaminant le nain avec des molécules métalliques. La théorie décrite, sans contredire les indicateurs révélés de la densité moyenne des naines blanches (de l'ordre de 10^7 g/cm3), prouve pourquoi les métaux sont observés dans l'atmosphère des étoiles, pourquoi la mesure de lacomposition par des moyens éventuellement accessibles à l'homme et pour quelle raison la distribution des éléments est similaire à celle caractéristique de notre planète et d'autres objets étudiés.
Théories: y a-t-il un avantage ?
L'idée décrite a été largement utilisée comme base pour expliquer pourquoi les coquilles d'étoiles sont contaminées par des métaux, pourquoi des disques de débris sont apparus. De plus, il en découle qu'un système planétaire existe autour du nain. Il y a peu de surprise dans cette conclusion, car l'humanité a établi que la plupart des étoiles ont leurs propres systèmes de planètes. Ceci est caractéristique à la fois de ceux qui sont similaires au Soleil et de ceux qui sont beaucoup plus grands que ses dimensions - à savoir, des naines blanches sont formées à partir d'eux.
Sujets non épuisés
Même si l'on considère que la théorie décrite ci-dessus est généralement acceptée et prouvée, certaines questions pour les astronomes restent ouvertes à ce jour. La spécificité du transfert de matière entre les disques et la surface d'un astre est particulièrement intéressante. Comme certains le suggèrent, cela est dû aux radiations. Les théories appelant ainsi à décrire le transport de la matière sont basées sur l'effet Poynting-Robertson. Ce phénomène, sous l'influence duquel les particules se déplacent lentement en orbite autour d'une jeune étoile, en spirale progressivement vers le centre et disparaissant dans un corps céleste. Vraisemblablement, cet effet devrait se manifester dans les disques de débris entourant les étoiles, c'est-à-dire que les molécules présentes dans les disques se retrouvent tôt ou tard à proximité exceptionnelle de la naine. Solidessont soumis à l'évaporation, du gaz se forme - tel que sous la forme de disques a été enregistré autour de plusieurs naines observées. Tôt ou tard, le gaz atteint la surface du nain, transportant les métaux ici.
Les faits révélés sont estimés par les astronomes comme une contribution significative à la science, car ils suggèrent comment les planètes se sont formées. C'est important, car les objets de recherche qui attirent les spécialistes sont souvent indisponibles. Par exemple, les planètes tournant autour d'étoiles plus grandes que le Soleil sont extrêmement rares à étudier - c'est trop difficile au niveau technique dont dispose notre civilisation. Au lieu de cela, les gens ont pu étudier les systèmes planétaires après la transformation des étoiles en naines. Si nous parvenons à nous développer dans cette direction, il sera certainement possible de révéler de nouvelles données sur la présence de systèmes planétaires et leurs caractéristiques distinctives.
Les naines blanches, dans l'atmosphère desquelles des métaux ont été détectés, permettent de se faire une idée de la composition chimique des comètes et autres corps cosmiques. En fait, les scientifiques n'ont tout simplement pas d'autre moyen d'évaluer la composition. Par exemple, en étudiant les planètes géantes, on ne peut se faire une idée que de la couche externe, mais il n'y a aucune information fiable sur le contenu interne. Cela s'applique également à notre système "d'origine", puisque la composition chimique ne peut être étudiée qu'à partir de ce corps céleste qui est tombé à la surface de la Terre ou à l'endroit où il a été possible d'atterrir l'appareil de recherche.
Comment ça va ?
Tôt ou tard, notre système planétaire deviendra également la "maison" d'une naine blanche. Comme le disent les scientifiques, le noyau stellaire aune quantité limitée de matière pour obtenir de l'énergie, et tôt ou tard les réactions thermonucléaires s'épuisent. Le gaz diminue de volume, la densité monte à une tonne par centimètre cube, tandis que dans les couches externes la réaction se poursuit. L'étoile se dilate, devenant une géante rouge dont le rayon est comparable à des centaines d'étoiles égales au Soleil. Lorsque l'enveloppe extérieure cesse de « brûler », il se produit en 100 000 ans une dispersion de la matière dans l'espace, qui s'accompagne de la formation d'une nébuleuse.
Le noyau de l'étoile, libéré de la coquille, abaisse la température, ce qui conduit à la formation d'une naine blanche. En fait, une telle étoile est un gaz de haute densité. En science, les nains sont souvent appelés corps célestes dégénérés. Si notre étoile était comprimée et que son rayon ne serait que de quelques milliers de kilomètres, mais que le poids serait complètement préservé, alors une naine blanche prendrait également place ici.
Caractéristiques et points techniques
Le type de corps cosmique considéré est capable de briller, mais ce processus s'explique par d'autres mécanismes que les réactions thermonucléaires. La lueur est dite résiduelle, elle s'explique par une baisse de température. La naine est formée par une substance dont les ions sont parfois plus froids que 15 000 K. Des mouvements oscillatoires sont caractéristiques des éléments. Peu à peu, l'astre devient cristallin, sa lueur s'affaiblit et la naine évolue vers le brun.
Les scientifiques ont identifié une limite de masse pour un tel corps céleste - jusqu'à 1,4 le poids du Soleil, mais pas plus que cette limite. Si la masse dépasse cette limite,l'étoile ne peut pas exister. Cela est dû à la pression d'une substance à l'état comprimé - elle est inférieure à l'attraction gravitationnelle qui comprime la substance. Il y a une très forte compression, ce qui conduit à l'apparition de neutrons, la substance est neutronisée.
Le processus de compression peut entraîner une dégénérescence. Dans ce cas, une étoile à neutrons se forme. La deuxième option est la poursuite de la compression, entraînant tôt ou tard une explosion.
Paramètres et fonctionnalités générales
La luminosité bolométrique de la catégorie de corps célestes considérée par rapport à la caractéristique du Soleil est inférieure à environ dix mille fois. Le rayon de la naine est inférieur à cent fois celui du soleil, tandis que le poids est comparable à celui caractéristique de l'étoile principale de notre système planétaire. Pour déterminer la limite de masse d'un nain, la limite de Chandrasekhar a été calculée. Lorsqu'il est dépassé, le nain évolue vers une autre forme d'astre. La photosphère d'une étoile est en moyenne constituée de matière dense, estimée entre 105 et 109 g/cm3. Comparée à la séquence principale, elle est environ un million de fois plus dense.
Certains astronomes pensent que seulement 3 % de toutes les étoiles de la galaxie sont des naines blanches, et certains sont convaincus que chaque dixième appartient à cette classe. Les estimations varient tellement sur la raison de la difficulté d'observer les corps célestes - ils sont loin de notre planète et brillent trop faiblement.
Histoires et noms
En 1785, un corps est apparu dans la liste des étoiles doubles, qu'observait Herschel. La star a été nommée 40 Eridani B. C'est elle qui est considérée comme la première personne vue de la catégorie blanche.nains. En 1910, Russell a remarqué que ce corps céleste a un niveau de luminosité extrêmement faible, bien que la température de couleur soit assez élevée. Au fil du temps, il a été décidé que les corps célestes de cette classe devraient être séparés dans une catégorie distincte.
En 1844, Bessel, étudiant les informations obtenues en suivant Procyon B, Sirius B, décida que les deux se déplaçaient d'une ligne droite de temps en temps, ce qui signifie qu'il y avait des satellites proches. Une telle hypothèse paraissait peu probable à la communauté scientifique, puisqu'aucun satellite n'était visible, alors que les déviations ne pouvaient s'expliquer que par un astre dont la masse est exceptionnellement importante (similaire à Sirius, Procyon).
En 1962, Clark, travaillant avec le plus grand télescope existant à l'époque, a identifié un corps céleste très sombre près de Sirius. C'était lui qui s'appelait Sirius B, le même satellite que Bessel avait suggéré bien avant. En 1896, des études ont montré que Procyon avait également un satellite - il s'appelait Procyon B. Par conséquent, les idées de Bessel ont été pleinement confirmées.
