Milijarde let od zdaj, ko bo sonce v svoji zadnji smrti (torej po tem, ko je Zemljo že izhlapilo), se bo njegovo helijevo jedro zrušilo v sebe, ki se bo zavilo v močno stisnjeno kroglico žarečega plina, imenovano beli škrat .
Toda medtem ko ti zvezdni nagrobniki že pikajo našo galaktično pokrajino, njihova notranjost ostaja uganka v fiziki - kar ni presenetljivo, glede na to, kako čudni so.
Pred kratkim je par raziskovalcev ustvaril prefinjen model za "ogled" notranjosti belega škrata. In ugani kaj? Te kozmične kroglice bi lahko osramotile zemeljske tartufe, saj se zdi, da imajo kremne centre, polne eksotičnih kvantnih tekočin.
Nekoč ponosna zvezda
Zvezde, kot je naše sonce, dobijo svojo energijo z zlivanjem vodika v helij globoko v svojih jedrih. To pridobivanje energije ne more trajati večno - sčasoma razpoložljivi vodik zmanjka in zabava preneha. Toda proti koncu svojega življenja lahko zvezde za kratek čas prižgejo luči s sežiganjem helija, za seboj pa pustijo inertno, mrtvo jedro ogljika in kisika.
Toda majhne zvezde, kot je naše sonce, nimajo dovolj gravitacijske oomfe, da bi ogljik in kisik spojili v težje elemente, kot sta magnezij ali železo, in tako umrejo, se spremenijo navznoter in sprostijo svojo atmosfero v lepo (ali gory, odvisno od vašega stališče) planetarna meglica.
To jedro ogljika in kisika ostane zadaj, pomemben del mase zvezde je zaklenjen v jedru, ki ni večji od Zemlje. Ko so astronomi prvič odkrili te čudne predmete - danes znane kot bele pritlikavce -, so se jim zdeli nemogoči, saj so izračunane gostote naraščale nad milijardo krat večjo od zraka, ki ga dihamo. Kako bi lahko imelo nekaj tako skrajne gostote in se ne bi preprosto zrušilo pod svojo grozno težo?
Toda beli palčki niso nemogoči in teoretični vpogledi v zgodnjem 20. stoletju so razrešili skrivnost, kako lahko beli palčki sploh obstajajo. Odgovor je prišel v obliki kvantne mehanike in spoznanja, da je narava pri velikih gostotah povedano preprosto, zelo čudno. Pri belih pritlikavcih je v notranjosti mogoče spakirati le določeno število elektronov. Ker se ti vrtijoči se elektroni med seboj odbijajo, skupaj ustvarjajo dovolj pritiska, da mrtve zvezde ohladijo, vzdržijo celo skoraj premočne sile gravitacije.
In tako lahko zvezdni trupli živijo že tri milijarde let.
Centri napolnjeni s smetano
Medtem ko so ti zgodnji izračuni pokazali, kako lahko v našem vesolju obstajajo beli palčki, so astrofiziki vedeli, da preprosti opisi ne bodo v celoti zajeli dogajanja v tako eksotičnih jedrih. Konec koncev je to stanje snovi, ki je za laboratorije in poskuse tukaj na Zemlji povsem nedostopno - kdo ve, kakšne čudne igre bi se lahko narava znašla globoko v teh mrtvih srcih?
Fiziki in astronomi se že desetletja sprašujejo o notranjosti belih škratov, v nedavnem prispevku, ki se pojavlja v reviji o tiskanju arXiv, pa je par ruskih teoretičnih fizikov predlagal nov model globokih jeder v belih škratih, ki podrobno opisujejo, kako njihov model temelji na in odstopa od prejšnjega dela in kako lahko opazovalci ugotovijo, ali je njihov novi model točen.
V tem novem modelu so znanstveniki simulirali jedro belega pritlikavca, sestavljeno iz samo ene vrste težko nabitih jeder (to ni povsem natančno, saj so beli škratje mešanica več elementov, kot sta ogljik in kisik, vendar gre za dovolj dobro izhodišče), s temi delci potopljeni v gosto juho elektronov.
Ta nastavitev predvideva, da so beli pritlikavci dovolj topli, da imajo tekočo notranjost, kar je razumna domneva, saj imajo, ko se rodijo (ali bolje rečeno, ko so končno izpostavljeni po smrti zvezd gostitelja), temperature dobro več kot milijon stopinj kelvinov.
Zunanje plasti belega pritlikavca so izpostavljene hladnemu okolju čistega vakuuma, ki vodiku omogoča, da se naseli na površino, kar jim daje lahkotno in tanko atmosfero. V ekstremnih časih se beli palčki ohladijo in sčasoma tvorijo velikanski kristal, vendar je to dovolj dolgo, da so beli palčki večinoma napolnjeni z eksotično kvantno tekočino ogljika in kisika, zato je bil model, uporabljen v tej raziskavi, razmeroma natančen za velik del življenjske dobe belega pritlikavca.
Podpisne površine
Ker črevesje belega pritlikavca predstavlja eno najbolj nenavadnih okolij v vesolju, bi njihovo proučevanje lahko razkrilo nekatere globoke lastnosti kvantne mehanike v ekstremnih razmerah. Ker pa znanstveniki nikoli ne morejo upati, da se bodo vrteli v bližnjem belem pritlikavcu, da bi ga pripeljali na vivisekcijo, kako bomo sploh lahko pogledali pod pokrov?
Raziskovalci novega modela so pokazali, kako lahko svetloba, ki jo oddajajo beli pritlikavci, različna toplota. Beli palčki ne proizvajajo toplote sami; njihove intenzivne temperature so posledica ekstremnih gravitacijskih pritiskov, s katerimi so se srečevali, ko so bili znotraj zvezd. Ko pa njihova gostiteljska zvezda odpihne in so izpostavljeni vesolju, svetijo intenzivno - v prvih tisoč letih po velikem razkritju so tako vroče, da oddajajo rentgensko sevanje.
A ohladijo se, kadarkoli tako počasi, svojo toploto kot sevanje puščajo v vesolje. In belih palčkov smo opazovali dovolj dolgo, da jih lahko vidimo skozi leta in desetletja, kako se ohlajajo. Kako hitro se ohladijo, je odvisno od tega, kako učinkovito lahko njihova ujeta toplota uhaja na njihove površine - kar je odvisno od natančne narave njihovih črevesja.
Druga značilnost, ki so jo raziskovalci pokazali, da bi jo bilo mogoče uporabiti pri sondiranju belih palčkov, je njihovo tako zelo rahlo mahanje. Od načina, kako seizmografija uporablja za proučevanje jedra Zemlje, sestava in značaj belega pritlikavca spreminjata, kako se bodo vibracije prikazale na površini.
Nazadnje lahko uporabimo populacije belih palčkov, da namignejo na njihovo notranjost, saj je razmerje med njihovimi množicami in njihovimi velikostmi odvisno od natančnih kvantno-mehanskih razmerij, ki urejajo njihovo notranjost.
Zlasti nove raziskave kažejo, da se mora večina belih pritlikavcev ohladiti hitreje, kot smo včasih mislili, vibrirati nekoliko manj pogosto, kot predlagajo starejši modeli, in biti nekoliko večja od pričakovanj, kot če tega realnejšega modela ne bi upoštevali. Zdaj je astronomov, da naredijo dovolj natančne meritve, da vidijo, ali resnično razumemo ta eksotična okolja, ali moramo v tem še kakšno razpoko.
- 8 načinov, kako si lahko ogledate Einsteinovo teorijo relativnosti v resničnem življenju
- 11 Fascinantna dejstva o naši galaksiji Mlečne poti
- 11 največjih neodgovorjenih vprašanj o temni materiji
Paul M. Sutter je astrofizik pri Državna univerza Ohio, gostitelj Vprašajte vesoljca in Vesoljski radioin avtorja Vaše mesto v vesolju.
