Якби можна було видовбати чайну ложку звичайної матерії з білого карлика, вона важила б близько 5,5 тонн на Землі. Ця абсурдна щільність — визначна риса білого карлика: не молода, палаюча зірка, а залишковий осереддя вже мертвої.
Більшість зірок у галактиці, включаючи Сонце, призначені закінчитися таким чином. Білий карлик — це те, що залишається після того, як зірка, подібна до Сонця, вичерпає паливо, скине зовнішні шари та залишить позаду компактне, повільно охолоджуване ядро. Вивчення цих об'єктів виявило деякі з найдивніших фізик всесвіту — від матерії, утримуваної квантовими правилами замість тепла, до зірок, що крадуть газ від планет, які їх орбітують.
Смерть, Яка Залишає Труп
Зірки більшість свого життя витрачають на злиття водню у своєму ядрі, і Сонце — не виключення. Врешті-решт це паливо закінчується, і зовнішні шари зірки розсіюються в космос, розкриваючи обгорілий осереддя внизу — білий карлик.
Наше власне Сонце пройде цим шляхом. Приблизно через 5 мільярдів років воно розбухне в червоного гіганта, досить великого, щоб проковтнути Меркурій і Венеру, і дуже ймовірно, Землю разом з ними, перш ніж стабілізуватися як білий карлик. Те, що залишається, більше не генерує енергію через синтез; це просто випромінює тепло, яке воно вже має, згасаючи протягом неуявних періодів часу.
Матерія, Стиснута Понад Межу
Щільність білого карлика — це не просто цікавинка — вона визначає, що таке об'єкт. Зразки матерії білого карлика на кубічний сантиметр можуть важити від 100 000 до 100 000 000 грамів, залежно від зірки, тому ця одна чайна ложка матеріалу важить 5,5 тонн.
У цьому масштабі самі атоми переупорядковуються. Всередині білого карлика сусідні атомні ядра розташовуються лише на відстані близько 1,2×10⁻¹² метрів один від одного, добре всередині радіуса Бора 5,3×10⁻¹¹ метрів, що приблизно вимірює атом водню. Те, що запобігає подальшому колапсу зірки, — це не тепло чи звичайний газовий тиск — це тиск виродження електронів, той самий квантовий ефект, що в кінцевому рахунку обмежує, наскільки масивним може бути білий карлик.
Зірка, Прихована Поруч зі Своєю Яскравішою Близнючкою
Найближчий відомий білий карлик також один з найвідоміших, просто через його сусіда. Сиріус B — менший партнер у подвійній системі Сиріуса, розташований всього на відстані 8,6 світлових років від нас — достатньо близько, щоб його відкриття стало справжньою історією детектива.
Саму Сиріус B спіймали на гарячому 31 січня 1862 року, коли американський астроном і виробник телескопів Алван Грем Кларк помітив слабку точку світла біля блиску його яскравішого сусіда. Більше ніж століттям пізніше супутник Гіппаркос прямо визначив відстань системи за допомогою паралаксу, вимірюючи 2,637 парсека, або 8,601 світлових років, поліпшення точності на 20% порівняно з тим, що було раніше.
Екстремальна Навіть за Стандартами Білого Карлика
Не всі білі карлики відповідають одній формі. ZTF J1901+1458 займає місце серед найменших і найбільш масивних коли-небудь знайдених: вона вміщає більше 1,3 маси Сонця в сфері розміром лише 2140 кілометрів, радіус, який падає між Місяцем і Меркурієм. Стиснення такої великої маси в такому малому просторі близько підштовхує об'єкт до краю того, що білий карлик може бути, перш ніж колапсуватися далі.
Більш звичайні приклади показують типовий діапазон. Процион B та Зірка Ван Маанена кожна несе частку маси Сонця — 0,6 і 0,7 сонячних мас відповідно — стисненої в радіусах близько 0,012 і 0,011 радіуса Сонця. Невеликі варіації маси серед білих карликів переводяться в значні різниці розміру, оскільки більш масивні насправді більш компактні.
Межа з Нобелівською Премією
Існує жорстка межа того, скільки маси можна носити білий карлик. Не обертаючийся білий карлик максимально досягає близько 1,44 маси Сонця, поріг, відомий як межа Чандрасекара; після цієї точки тиск виродження електронів просто не може утримати зірку від її власної сили тяжіння. Субрамаян Чандрасекар розробив цю модель в 1931 році й отримав Нобелівську премію з фізики в 1983 році за роботу про еволюцію зірок.
Це число 1,44 припускає спрощену ньютонівську гравітацію. Коли включається загальна теорія відносності та реалістичні виправки до взаємодії між зарядженими частинками, той же розрахунок натомість усувається на дещо нижчу межу близько 1,38 сонячних мас — нагадування, що навіть константа підручника залежить від того, наскільки ретельно ви робите математику.
Білий Карлик, Спійманий на Поїданні Планети
Один конкретний білий карлик запропонував астрономам місце у першому ряду для злочину в уповільненому русі. Зірка мала, але люто гаряча, жаркаюча при 28 000 градусів Цельсія, п'ять разів гарячіша за Сонце. Гігантська планета все ще орбітує її, але на такій близькій відстані, що вона завершує повну орбіту за лише 10 днів, і високоенергетичне світло білого карлика поступово позбавляє атмосферу планети.
Більшість цього газу, що втікає, просто розсіюється в космос, але частина його закручується в диск, що спрямовує матеріал на білий карлик зі швидкістю 3000 тонн на секунду. Приречена планета розташована приблизно на 1500 світлових років від Землі, у сузір'ї Рака.
Коли Білий Карлик Вибухає Замість того, щоб Затьмутися
Не всякий білий карлик закінчується спокійно. Якщо він привабить достатньо додаткової матерії від зірки-компаньйона, його можна спрямувати до катастрофи, а не до поступового охолодження, спричинюючи наднову типу Ia. Протягом десятиліть це було переважно теоретичним, але справа була закрита в 2014 році, коли наднова SN 2014J була спостережувана в близькій галактиці Мессьє 82, надаючи астрономам прямі докази того, що білий карлик справді був джерелом.
Сам вибух майже неймовірно насильницький. Уламки викидаються назовні зі швидкостями від 5000 до 20 000 кілометрів за секунду — близько 6% швидкості світла — темп, який перетворює те, що колись було спокійно охолоджуваною зоряною трупою, в короткий, катастрофічний вибух енергії.