Miljardien vuosien kuluttua, kun aurinko on viimeisissä kuolemantahdissaan (ts. Sen jälkeen kun se on jo höyrystynyt maapallon), sen heliumin ydin romahtaa itsestään, kutistuen tiukasti pakattuun hehkuvaan kaasuun, jota kutsutaan valkoiseksi kääpiöksi. .
Mutta vaikka nämä tähtikuvakivet haisevat jo galaktista maisemaamme, niiden sisätilat ovat edelleen fysiikan palapeli - mikä ei ole yllättävää, kun otetaan huomioon, kuinka omituiset ne ovat.
Viime aikoina pari tutkijaa on luonut hienostuneen mallin "tarkastella" valkoisen kääpiön sisäpintoja. Ja arvaa mitä? Nämä kosmiset oddballit saattoivat saattaa maalliset tryffelit häpeään, koska niillä näyttää olevan kermaisia keskuksia täynnä eksoottisia kvanttinesteitä.
Kerran ylpeä tähti
Auringon kaltaiset tähdet saavat energiansa sulauttamalla vetyä heliumiin syvällä sydämessään. Tämä energiantuotanto ei voi kestää ikuisesti - lopulta käytettävissä oleva vety loppuu ja juhlat pysähtyvät. Mutta lähellä elämänsä loppua, tähdet voivat hetkeksi kytkeä valot takaisin palamalla heliumia, jättäen taakse inertin, kuolleen hiilen ja hapen ytimen.
Mutta aurinkoisillamme pienillä tähtiällä ei ole tarpeeksi painovoimaominaisuutta sulatamaan hiili ja happi raskaammiksi elementeiksi, kuten magnesiumiksi tai rautaksi, ja niin ne kuolevat kääntämällä itsensä sisälle ja vapauttaen ilmakehänsä kauniiksi (tai veriseksi, riippuen näkökulmasta) planetaarinen sumu.
Tuo hiilen ja hapen ydin on jäljessä, merkittävä osa tähden massasta lukittuu ytimen sisään, joka ei ole suurempi kuin Maa. Kun tähtitieteilijät ensin löysivät nämä omituiset esineet - joita nykyään kutsutaan valkoisiksi kääpiöiksi -, he ajattelivat niiden olevan mahdottomia. Lasketut tiheydet ovat nousseet yli miljardin kertaiseksi hengitettävän ilman vastaaviin. Kuinka jollain voisi olla niin äärimmäinen tiheys eikä yksinkertaisesti romahtaa oman hirvittävän painonsa alla?
Mutta valkoiset kääpiöt eivät ole mahdotonta, ja teoreettiset havainnot 1900-luvun alkupuolella ratkaisivat mysteerin siitä, kuinka valkoiset kääpiöt voisivat olla olemassa. Vastaus tuli kvanttimekaniikan muodossa ja ymmärtäminen, että suurilla tiheyksillä luonto on yksinkertaisesti sanottuna hyvin outo. Valkoisten kääpiöiden tapauksessa vain tietty määrä elektroneja voidaan pakata sisälle. Koska nämä kehruuelektronit hylkivät toisiaan, ne yhdessä luovat tarpeeksi paineita pitämään kuolleet tähdet ilmapalloina, kestäen jopa melkein ylivoimaiset painovoimat.
Ja niin tähtien ruumiit voivat elää biljoonien vuosien ajan.
Kermalla täytetyt keskukset
Vaikka nämä varhaiset laskelmat osoittivat, kuinka valkoisia kääpiöitä voi esiintyä universumissamme, astrofysiikit tiesivät, että yksinkertaiset kuvaukset eivät täysin kata mitä tapahtuu tällaisissa eksoottisissa ytimissä. Loppujen lopuksi tämä on tilanne, johon laboratorioille ja kokeille ei ole mitään pääsyä täällä maapallolla - kuka tietää, mihin outoihin peleihin luonto voi nousta syvälle näihin kuolleisiin sydämiin?
Fyysikot ja tähtitieteilijät ovat ihmetelleet valkoisten kääpiöiden sisätiloja jo vuosikymmenien ajan, ja äskettäisessä arXiv-esitteessä ilmestyneessä lehdessä pari venäläistä teoreettista fyysikkoa on ehdottanut uutta mallia valkoisten kääpiöiden syvistä sydämistä. heidän malli rakentuu aiempaan työhön ja poikkeaa siitä, ja kuinka tarkkailijat voivat potentiaalisesti kertoa, onko uusi malli tarkka.
Tässä uudessa mallissa tutkijat simuloivat valkoisen kääpiön ydintä sellaisenaan, joka koostuu vain yhden tyyppisistä raskaasti varautuneista ytimistä (tämä ei ole täysin tarkka, koska valkoiset kääpiöt ovat sekoitus useisiin elementteihin, kuten hiili ja happi, mutta se on tarpeeksi hyvä lähtökohta) näiden hiukkasten ollessa upotettu paksuun elektronikeittoon.
Tässä asennuksessa oletetaan, että valkoiset kääpiöt ovat tarpeeksi lämpimiä, jotta niissä on nestemäisiä sisätiloja, mikä on kohtuullinen oletus, kun otetaan huomioon, että he syntyessään (tai pikemminkin kun he lopulta paljastetaan isäntätähteiden kuoleman jälkeen), heillä on lämpötila hyvin yli miljoona astetta kelviinejä.
Valkoisen kääpiön uloimmat kerrokset altistetaan puhtaan tyhjiön jäykälle ympäristölle, jolloin vety pääsee laskeutumaan pintaan, jolloin niistä tulee kevyt, ohut ilmapiiri. Äärimmäisinä aikoina valkoiset kääpiöt jäähtyvät ja muodostavat lopulta jättiläisen kiteen, mutta se on riittävän kauan, että valkoiset kääpiöt ovat suurimmaksi osaksi täytetty eksoottisella kvantinesteellä hiiltä ja happea, joten tässä tutkimuksessa käytetty malli on suhteellisen tarkka suuren osan valkoisen kääpiön eliniästä.
Allekirjoituspinnat
Koska valkoisen kääpiön suolet edustavat yhtä maailman epätavallisimmista ympäristöistä, niiden tutkiminen voisi paljastaa joitain kvantimekaniikan syviä ominaisuuksia äärimmäisissä olosuhteissa. Mutta koska tutkijat eivät voi koskaan toivoa köyden viereiseen valkoiseen kääpiöön tuodakseen sitä vivisektioon, miten voimme mahdollisesti saada katseen kotelon alle?
Uuden mallin tutkijat osoittivat, kuinka valkoisten kääpiöiden lähettämä valo voi olla erilaista lämpöä. Valkoiset kääpiöt eivät tuota lämpöä yksin; niiden voimakkaat lämpötilat ovat seurausta äärimmäisistä painovoimapaineista, joita he kohtaavat ollessaan tähtiä sisällä. Mutta heti kun isäntätähti räjähtää ja he ovat alttiina avaruudelle, hehkuvat voimakkaasti - muutaman ensimmäisen tuhannen vuoden ajan suuren paljastumisensa jälkeen ovat niin kuumia, että ne lähettävät röntgensäteilyä.
Mutta jäähtyvät ne, aina niin hitaasti, vuotaen lämmönsä säteilynä avaruuteen. Ja olemme tarkkailleet valkoisia kääpiöitä tarpeeksi kauan, jotta voimme nähdä niiden viilentyvän vuosien ja vuosikymmenien aikana. Se, kuinka nopeasti ne jäähtyvät, riippuu siitä, kuinka tehokkaasti heidän loukkuun jäävä lämpö pääsee pintaansa - mikä puolestaan riippuu niiden suolien tarkasta luonteesta.
Toinen ominaisuus, jota tutkijat osoittivat voivan käyttää koettamaan valkoisten kääpiöiden sisällä, on heidän aina niin heikko heiluminen. Akin tapaan, jolla seismografiaa käytetään tutkimaan maan ydintä, valkoisen kääpiön meikki ja luonne muuttavat sitä, kuinka värähtelyt näyttävät itsensä pinnalla.
Viimeiseksi voimme käyttää valkoisten kääpiöiden populaatioita saadaksesi vinkin heidän sisustukseensa, koska niiden massojen ja kokojen välinen suhde riippuu niiden sisätiloja hallitsevista tarkista kvantti-mekaanisista suhteista.
Erityisesti uusi tutkimus ehdottaa, että useimpien valkoisten kääpiöiden pitäisi jäähtyä nopeammin kuin ennen luulimme, värisevän hiukan harvemmin kuin vanhemmat mallit viittaavat ja olla hiukan odotettua suurempia kuin jos emme ottaisi huomioon tätä realistisempaa mallia. Nyt tähtitieteilijöiden on tehtävä tarpeeksi tarkkoja mittauksia nähdäksesi, ymmärrämmekö todella näitä eksoottisia ympäristöjä vai onko meidän tehtävä uusi särö siihen.
- 8 tapaa, jolla voit nähdä Einsteinin suhteellisuusteorian tosielämässä
- 11 kiehtovaa tosiasiaa Linnunradan galaksistamme
- 11 suurinta vastaamattomia kysymystä Dark Matterista
Paul M. Sutter on astrofysiikka Ohion osavaltion yliopisto, isäntä Kysy avaruusasemalta ja Avaruusradio, ja kirjoittaja Paikkasi maailmankaikkeudessa.
