Λευκός νάνος
Ο λευκός νάνος είναι ένα συμπαγές αστέρι. Η ύλη τους είναι συμπιεσμένη μεταξύ τους. Η βαρύτητα έχει τραβήξει τα άτομα κοντά μεταξύ τους και έχει αφαιρέσει τα ηλεκτρόνιά τους. Η μάζα ενός λευκού νάνου είναι παρόμοια με τη μάζα του Ήλιου, αλλά ο όγκος του είναι παρόμοιος με αυτόν της Γης.
Οι λευκοί νάνοι είναι η τελική εξελικτική κατάσταση όλων των άστρων των οποίων η μάζα δεν είναι αρκετά υψηλή ώστε να γίνουν αστέρια νετρονίων. Πάνω από το 97% των άστρων στο Γαλαξία μας θα γίνουν λευκοί νάνοι. §1 Αφού τελειώσει η διάρκεια ζωής ενός αστέρα της κύριας ακολουθίας που παράγει υδρογόνο, θα επεκταθεί σε έναν ερυθρόγίγαντα, ο οποίος στον πυρήνα του θα λιώσει ήλιο σε άνθρακα και οξυγόνο. Εάν ένας ερυθρός γίγαντας δεν έχει αρκετή μάζα για να συντηρήσει τον άνθρακα, γύρω στο 1 δισεκατομμύριο Κ, ο ανενεργός άνθρακας και το οξυγόνο θα συσσωρευτούν στο κέντρο του. Αφού αποβάλει τα εξωτερικά του στρώματα για να σχηματίσει ένα πλανητικό νεφέλωμα, θα αφήσει πίσω του τον πυρήνα, που είναι ο λευκός νάνος.
Το υλικό ενός λευκού νάνου δεν υφίσταται πλέον αντιδράσεις σύντηξης, οπότε το άστρο δεν έχει καμία πηγή ενέργειας. Δεν υποστηρίζεται από τη θερμότητα της σύντηξης έναντι της βαρυτικής κατάρρευσης.
Ένα αστέρι όπως ο Ήλιος μας θα γίνει λευκός νάνος όταν εξαντλήσει τα καύσιμα του. Κοντά στο τέλος της ζωής του, θα περάσει από το στάδιο του ερυθρού γίγαντα, και στη συνέχεια θα χάσει το μεγαλύτερο μέρος του αερίου του, μέχρι αυτό που έχει απομείνει να συσπειρωθεί και να γίνει ένας νεαρός λευκός νάνος.
Εικόνα του Σείριου Α και του Σείριου Β από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Ο Σείριος Β, ο οποίος είναι λευκός νάνος, μπορεί να φανεί ως μια αμυδρή ακίδα φωτός κάτω αριστερά του πολύ φωτεινότερου Σείριου Α.
Αστέρια λευκών νάνων
Ιστορία
Οι λευκοί νάνοι ανακαλύφθηκαν τον 18ο αιώνα. Ο πρώτος αστέρας λευκού νάνου, που ονομάστηκε 40 Eridani B, ανακαλύφθηκε στις 31 Ιανουαρίου 1783 από τον William Herschel. p73 Αποτελεί μέρος ενός συστήματος τριών αστέρων που ονομάζεται 40 Eridani.
Ο δεύτερος λευκός νάνος ανακαλύφθηκε το 1862, αλλά αρχικά θεωρήθηκε ότι ήταν ερυθρός νάνος. Ήταν ένα μικρό αστέρι κοντά στο αστέρι Σείριο. Αυτός ο συνοδός αστέρας, που ονομάστηκε Σείριος Β, είχε επιφανειακή θερμοκρασία περίπου 25.000 kelvin, οπότε θεωρήθηκε ως θερμός αστέρας. Ωστόσο, ο Σείριος Β ήταν περίπου 10.000 φορές πιο αμυδρός από τον πρωταρχικό αστέρα, τον Σείριο Α. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η μάζα του Σείριου Β είναι σχεδόν η ίδια με αυτή του Ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι κάποτε, ο Σείριος Β ήταν ένα αστέρι παρόμοιο με τον δικό μας Ήλιο.
Το 1917, ο Adriaan van Maanen ανακάλυψε έναν λευκό νάνο που ονομάζεται Van Maanen 2. Ήταν ο τρίτος λευκός νάνος που ανακαλύφθηκε. Είναι ο κοντινότερος λευκός νάνος στη Γη, εκτός από τον Σείριο Β.
Ακτινοβολία και θερμοκρασία
Ένας λευκός νάνος έχει χαμηλή φωτεινότητα (συνολική ποσότητα φωτός που εκπέμπεται) αλλά πολύ θερμό πυρήνα. Ο πυρήνας μπορεί να είναι 107 Κ, ενώ η επιφάνεια είναι μόνο 104 Κ.
Ένας λευκός νάνος είναι πολύ θερμός όταν σχηματίζεται, αλλά καθώς δεν έχει πηγή ενέργειας, σταδιακά θα εκπέμψει την ενέργειά του και θα ψυχθεί. Αυτό σημαίνει ότι η ακτινοβολία του, η οποία του δίνει ένα μπλε ή λευκό χρώμα στην αρχή, μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Σε πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, ένας λευκός νάνος θα ψυχθεί σε θερμοκρασίες στις οποίες δεν θα εκπέμπει πλέον φως. Αν ο λευκός νάνος δεν παίρνει ύλη από ένα συνοδό άστρο ή κάποια άλλη πηγή, η ακτινοβολία του προέρχεται από την αποθηκευμένη θερμότητα. Αυτή δεν αντικαθίσταται.
Οι λευκοί νάνοι ψύχονται αργά για δύο λόγους. Έχουν μια εξαιρετικά μικρή επιφάνεια για να εκπέμψουν αυτή τη θερμότητα, οπότε ψύχονται σταδιακά, παραμένοντας καυτοί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επίσης, είναι πολύ αδιαφανείς. Η εκφυλισμένη ύλη που αποτελεί τον κύριο όγκο ενός λευκού νάνου σταματά το φως και άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, οπότε η ακτινοβολία δεν μεταφέρει πολλή ενέργεια.
Τελικά, όλοι οι λευκοί νάνοι θα ψυχθούν και θα μετατραπούν σε μαύρους νάνους, οι οποίοι ονομάζονται έτσι επειδή δεν έχουν την ενέργεια να δημιουργήσουν φως. Δεν υπάρχουν ακόμη μαύροι νάνοι, επειδή ένας λευκός νάνος χρειάζεται περισσότερο χρόνο από την τρέχουσα ηλικία του σύμπαντος για να κρυώσει. Ένας μαύρος νάνος είναι αυτό που θα απομείνει από το αστέρι μετά την εξάντληση όλης της ενέργειάς του (θερμότητα και φως).
Επανάφλεξη
Οι λευκοί νάνοι μπορεί να αναφλεγούν και να εκραγούν ως υπερκαινοφανείς αν πάρουν περισσότερο υλικό. Υπάρχει μια μέγιστη μάζα για να παραμείνει σταθερός ένας λευκός νάνος. Αυτό είναι γνωστό ως όριο Chandrasekhar.
Ένας νάνος μπορεί να τραβήξει υλικό από ένα συνοδό άστρο, για παράδειγμα, ξεπερνώντας το όριο Chandrasekhar. Η επιπλέον μάζα θα ξεκινούσε μια αντίδραση σύντηξης άνθρακα. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτή η αναζωπύρωση μπορεί να είναι η αιτία των υπερκαινοφανών τύπου Ia.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι ο λευκός νάνος;
A: Ένας λευκός νάνος είναι ένα συμπαγές αστέρι του οποίου η ύλη έχει συμπιεστεί από τη βαρύτητα και του έχουν αφαιρεθεί τα ηλεκτρόνια.
Ερ: Πώς συγκρίνεται η μάζα ενός λευκού νάνου με τον Ήλιο;
Α: Η μάζα ενός λευκού νάνου είναι παρόμοια με εκείνη του Ήλιου, αλλά ο όγκος του είναι παρόμοιος με εκείνον της Γης.
Ερ: Τι είδους αστέρια γίνονται λευκοί νάνοι;
Α: Οι λευκοί νάνοι είναι η τελική εξελικτική κατάσταση όλων των αστέρων των οποίων η μάζα δεν είναι αρκετά μεγάλη ώστε να γίνουν αστέρες νετρονίων. Πάνω από το 97% των αστέρων στον Γαλαξία μας θα γίνουν αστέρες λευκοί νάνοι.
Ερ: Πώς σχηματίζεται ένας ερυθρός γίγαντας;
Α: Αφού τελειώσει η διάρκεια ζωής ενός αστέρα της κύριας ακολουθίας που παράγει υδρογόνο, αυτός θα επεκταθεί για να σχηματίσει έναν ερυθρό γίγαντα, ο οποίος στον πυρήνα του θα λιώσει ήλιο σε άνθρακα και οξυγόνο. Εάν δεν έχει αρκετή μάζα για να συντηρήσει τον άνθρακα, ο ανενεργός άνθρακας και το οξυγόνο θα συσσωρευτούν στο κέντρο του.
Ερ: Τι συμβαίνει μετά την αποβολή των εξωτερικών του στρωμάτων για να σχηματιστεί ένα πλανητικό νεφέλωμα;
Α: Μετά την αποβολή των εξωτερικών του στρωμάτων για να σχηματιστεί ένα πλανητικό νεφέλωμα, αυτό που μένει πίσω είναι ο πυρήνας που γίνεται ο λευκός νάνος.
Ερ: Το υλικό ενός λευκού νάνου υφίσταται αντιδράσεις σύντηξης;
Α: Όχι, το υλικό σε έναν λευκό νάνο δεν υφίσταται πλέον αντιδράσεις σύντηξης, οπότε δεν υπάρχει πηγή ενέργειας για αυτό και δεν μπορεί να υποστηριχθεί με θερμότητα ενάντια στη βαρυτική κατάρρευση.
Ερ: Πώς γίνεται ο Ήλιος μας λευκός νάνος;
Α: Ο Ήλιος μας θα γίνει Λευκός Νάνος όταν εξαντλήσει τα καύσιμα του κοντά στο τέλος της ζωής του- πρώτα περνάει από το στάδιο του ερυθρού γίγαντα και μετά χάνει το μεγαλύτερο μέρος του αερίου μέχρι αυτό που έχει απομείνει να συρρικνωθεί σε νεαρό Λευκό Νάνο.
