Белые карлики

250px-Sirius_A_&_B_X-rayЯ редко радуюсь солнышку, а еще реже вспоминаю о том, что в народе оно зовется желтым карликом. Я даже знаю, что через несколько миллиардов лет (примерно, семь или восемь) оно превратится в белого карлика. Вообще, жителям Петербурга не свойственно размышлять о солнце. Желтый карлик, белый карлик…

А меж тем разница огромна. Многие счастливцы (к коим я не отношусь) наслаждаются светом и теплом живой звезды, а белые карлики в земных аналогиях — буквально трупы. Здесь мертвецы никогда не вызывали каких-то потрясений, кроме морально-нравственных, а вот белые карлики в далеком космосе — вызывали. Что же в них интересного?

Белые карлики — конечный результат многих миллиардов лет жизненного цикла звезд. Из облачности под действием сил тяготения формируется уплотнение — протозвезда. Гравитационные силы в ней вырабатывают тепловую энергию. Она — основа термоядерного синтеза, благодаря которому звезды светятся. Они светятся и излучают тепло не вечно, а только до тех пор, пока в них не закончится запас водорода — необходимой составляющей ядерной реакции. В ядре водород превращается в гелий, и реакции водородной цепи остаются только на периферии. Сама звезда начинает меняться. Она становится значительно больше, растет ее светимость. Затем, когда масса гелиевого ядра становится слишком большой, звезда не выдерживает своего веса и «сбрасывает» оболочку. Остается маленький белый карлик — бывшее ядро звезды — и планетарная туманность — бывшая верхний слой красного гиганта. Это, разумеется, весьма упрощенно и справедливо для звезд солнечного типа.

Впервые такой белый карлик был замечен в середине XIX века. Математик и астроном Фридрих Бессель в своих наблюдениях за одной из ярчайших звезд Сириусом обнаружил отклонения ее движения от орбиты. Исходя из земной (и совершенно справедливой) логики, он предположил, что эти смещения в траектории должны быть вызваны чужим гравитационным полем, причем масса постороннего объекта должна быть соизмерима с массой самого Сириуса. Таким образом у Сириуса должен быть спутник — вероятно, звезда — которая, при этом, не видна. Разумеется, этот тезис был встречен скептически. Но спустя два десятилетия с помощью мощного телескопа в окрестностях Сириуса все же была обнаружена тусклая звездочка, что подтвердило гипотезу Бесселя. И появилось немало вопросов.

Звездочка, названная Сириусом B, крайне мала. По размеру она сравнима с Землей, но никак не с другими звездами. Это обстоятельство породило вопрос о плотности Сириуса B. Его масса составляет 95% от массы Солнца, а размер предполагает плотность, которой по законам классической физики быть не может. Этот парадокс получил объяснение только в квантовой физике. В 30-х годах прошлого века физик Р. Г. Фаулер опубликовал статью «О плотной материи», в которой он говорил, что свойства белых карликов определяются свойствами не идеального газа, а вырожденного, то есть такого газа, на который влияют различные квантовомеханические эффекты.

Помимо плотности, был исследован еще и показатель светимости обеих звезд. В то время, как Сириус светит ярче солнца более чем в 20 раз, Сириус B — тусклее Солнца примерно в 300 раз. Но изучение спектра Сириуса B показало еще одну странность: температура спутника выше температуры вполне живого и светящегося Солнца более, чем на 2 тысячи Кельвинов. Кроме того, многолетние наблюдения показали, что радиус белых карликов неизменен. Нарушенным оказался еще один закон астрофизики: у белых карликов нет зависимости светимости от массы, зато существует зависимость между светимостью и возрастом. Химический состав белых карликов показывает, что в них нет топлива для ядерных реакций, и единственная энергия, существующая в их распоряжении — тепловая. Со временем они остывают. В некоторых источниках можно встретить понятие «черный карлик». Теоретически, это — результат полного остывания белых карликов, но таких объектов в космосе не наблюдается. Дело в том, что наша Вселенная довольно молода, и еще ни один карлик не успел остыть.

Безусловно, сочетание огромной массы и очень малого радиуса не может не вызвать закономерного вопроса о гравитационном коллапсе. Поскольку для белых карликов земные законы физики не актуальны, то и классификация их физических характеристик довольно незаурядна. У каждого карлика определенное значение массы уравнивает давление внутри тела звезды. Таким образом, система оказывается устойчивой. Но при увеличении массы звезды ее радиус уменьшается. Поэтому для белых карликов введен верхний предел массы (у наблюдаемых звезд существует и нижний предел). Если масса белого карлика оказывается больше предела Чандрасекара (обычно это 1,44 массы Солнца), то карлик становится нейтронной звездой, что может выглядеть как вспышка сверхновой. А если масса переходит за предел Оппенгеймера — Волкова, то образуются черные дыры.

Мы, конечно, вряд ли увидим эффекты квантовой механики (на нашей родной звезде) в действии, но чувство, что они совсем рядом, добавляет в мою жизнь не меньше волшебства, чем мечтательное разглядывание звездного неба.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *