عندما ننظر إلى سماء الليل ، يبدو لنا أن جميع النجوم متشابهة. العين البشرية بصعوبة كبيرة تميز الطيف المرئي للضوء المنبعث من أجسام سماوية بعيدة. النجم ، الذي لا يزال بالكاد مرئيًا ، قد تم إخماده منذ فترة طويلة ، ونحن لا نرى إلا ضوءه. كل واحد من النجوم يعيش حياته الخاصة. بعض تألق حتى الضوء الأبيض ، والبعض الآخر يشبه النقاط الساطعة النبض ضوء النيون. لا يزال آخرون بقع متوهجة مملة ، بالكاد مرئية في السماء.
يبقى كل من النجوم في مرحلة معينة من تطوره ، ويتحول بمرور الوقت إلى جسم سماوي من طبقة أخرى. بدلا من نقطة مضيئة ومبهرة في سماء الليل ، يظهر جسم فضائي جديد - قزم أبيض - نجم قديم. هذه المرحلة من التطور مميزة لمعظم النجوم العادية. لا تتجنب مصير مماثل وأشعة الشمس.
ما هو القزم الأبيض: النجم أو الوهمية؟
في الآونة الأخيرة فقط ، في القرن العشرين ، أصبح من الواضح للعلماء أن القزم الأبيض هو كل ما تبقى في الفضاء من نجم عادي. أعطت دراسة النجوم من وجهة نظر الفيزياء الحرارية النووية فكرة عن العمليات التي تستعر في أعماق الأجرام السماوية. تشكل النجوم الناتجة عن تفاعل قوى الجاذبية مفاعلًا حراريًا نوويًا ضخمًا تحدث فيه سلسلة تفاعلات انشطار الهيدروجين ونواة الهيليوم باستمرار. في مثل هذه الأنظمة المعقدة ، فإن معدل تطور المكونات ليس هو نفسه. تضمن احتياطيات الهيدروجين الضخمة حياة نجم لمليارات السنوات القادمة. تساهم تفاعلات الهيدروجين النووي في تكوين الهليوم والكربون. بعد الاندماج الحراري النووي ، تدخل قوانين الديناميكا الحرارية حيز التنفيذ.
بعد أن يستهلك النجم كل الهيدروجين ، يبدأ قلبه تحت تأثير قوى الجاذبية والضغوط الداخلية الهائلة في الانكماش. بعد فقدان الجزء الرئيسي من غلافه ، يصل الجرم السماوي إلى حد كتلة النجوم ، حيث يمكن أن يوجد كقزم أبيض خالي من مصادر الطاقة ، ويستمر في إطلاق الحرارة بسبب الجمود. في الواقع ، الأقزام البيضاء هي نجوم من طبقة العمالقة الحمراء والبرازيليين العملاقين الذين فقدوا غلافهم الخارجي.
ينجم الاندماج الحراري النووي نجمًا. يتفتت الهيدروجين ، ويمكن أن يتطور الهليوم ، كمكوِّن أكبر ، إلى مزيد من التطور ، ليصل إلى حالة جديدة. كل هذا يؤدي إلى حقيقة أن العمالقة الحمراء تتكون في البداية من موقع نجم عادي ، والنجم يترك التسلسل الرئيسي. وهكذا ، فإن الجسد السماوي ، الذي يأخذ مسار الشيخوخة البطيء والحتمي ، يتحول تدريجيا. الشيخوخة من النجم هو طريق طويل لعدم وجود. كل هذا يحدث ببطء شديد. القزم الأبيض هو جسم سماوي ، والذي يحدث خارج عملية التسلسل الرئيسية عملية الانقراض الحتمية. رد فعل تخليق الهيليوم يؤدي إلى حقيقة أن جوهر نجم الشيخوخة يتقلص ، فإن النجم يفقد قوته في النهاية.
تطور الأقزام البيضاء
خارج التسلسل الرئيسي ، يتلاشى النجم. تحت تأثير الجاذبية ، ينتشر الغاز الساخن للعملاقين العملاقين والعمال العظماء عبر الكون ، مما يشكل سديم كوكبي شبي. بعد مئات الآلاف من السنين ، تم تشتيت السديم ، وبقي في مكانه قلبًا متدهورًا لعملاق أحمر أبيض. درجات حرارة مثل هذا الجسم عالية جدا من 90000 كلفن ، وتقدر من خط الامتصاص من الطيف وما يصل إلى 130،000 كلفن ، عندما يتم إجراء التقييم ضمن طيف الأشعة السينية. ومع ذلك ، وبسبب صغر حجمها ، يحدث تبريد الجسم السماوي ببطء شديد.
هذه الصورة للسماء المرصعة بالنجوم ، والتي نلاحظها ، يبلغ عمرها عشرات المئات إلى مئات البلايين من السنين. حيث نرى الأقزام البيضاء ، قد يكون هناك جسد سماوي آخر موجود بالفعل في الفضاء. انتقل النجم إلى الطبقة القزمة السوداء ، وهي المرحلة الأخيرة من التطور. في الواقع ، في مكان النجم ، هناك كتلة من المادة ، والتي تساوي درجة حرارتها درجة حرارة الفضاء المحيط. الميزة الرئيسية لهذا الكائن هو غياب كامل للضوء المرئي. لاحظ أن مثل هذا النجم في تلسكوب بصري عادي صعب نوعًا ما نظرًا لانخفاض اللمعان. المعيار الرئيسي للكشف عن الأقزام البيضاء هو وجود الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة والأشعة السينية.
تنقسم جميع الأقزام البيضاء المعروفة ، اعتمادا على طيفها ، إلى مجموعتين:
- كائنات الهيدروجين ، والطبقة الطيفية DA ، في الطيف الذي لا توجد خطوط من الهيليوم.
- الأقزام الهليوم ، الطبقة الطيفية DB. الخطوط الرئيسية في الطيف هي في الهليوم.
تشكل الأقزام البيضاء لنوع الهيدروجين غالبية السكان ، ما يصل إلى 80٪ من جميع الكائنات المعروفة حاليًا من هذا النوع. تمثل الأقزام هيليوم ل 20 ٪ المتبقية.
المرحلة التطورية ، نتيجة ظهور قزم أبيض ، هي الأخيرة للنجوم غير الضخمة ، والتي تشمل نجومنا ، الشمس. في هذه المرحلة ، النجم لديه الخصائص التالية. على الرغم من هذا الحجم الصغير والصغير للنجم ، فإن وزنه النجمى يزن بالضبط كما هو مطلوب لوجوده. بعبارة أخرى ، الأقزام البيضاء التي لها نصف قطر نصف قطرها أصغر من نصف قطر القرص الشمسي لها كتلة تساوي كتلة الشمس أو حتى تزن أكثر من نجمنا.
هذا يشير إلى أن كثافة القزم الأبيض أعلى بملايين المرات من كثافة النجوم العادية التي تقع ضمن التسلسل الرئيسي. على سبيل المثال ، كثافة نجمنا هي 1.41 جم / سم مكعب ، في حين أن كثافة الأقزام البيضاء يمكن أن تصل إلى قيم هائلة 105-110 جم / سم 3.
في حالة عدم وجود مصادر الطاقة الخاصة بهم ، تهدأ هذه الأشياء تدريجيا ، على التوالي ، لديها درجة حرارة منخفضة. على سطح الأقزام البيضاء سجلت درجة الحرارة في حدود 5000-50000 درجة كلفن. كلما كبر النجم كلما انخفضت درجة حرارته.
على سبيل المثال ، جارة النجم ألمع سمائنا ، Sirius A ، القزم الأبيض Sirius B ، لديها درجة حرارة سطح 2100 درجة كلفن فقط. داخل هذا الجسم السماوي هو أكثر سخونة ، ما يقرب من 10،000 درجة كلفن. كان Sirius B أول قزم أبيض اكتشفه الفلكيون. لون الأقزام البيضاء المكتشفة بعد أن تحولت سيريوس باء إلى اللون الأبيض كسبب لإعطاء هذا الاسم لهذه الطبقة من النجوم.
من خلال سطوع الضوء ، Sirius A هو 22 ضعف سطوع شمسنا ، بينما تشرق أختها Sirius B مع ضوء خافت ، أقل شدة بشكل ملحوظ في السطوع إلى جارتها المبهرة. كان من الممكن الكشف عن وجود قزم أبيض بفضل صور سيريوس التي صنعها تلسكوب شاندرا للأشعة السينية. الأقزام البيضاء ليس لها طيف ضوئي واضح ، لذلك تعتبر هذه النجوم كائنات كونية باردة بما فيه الكفاية. في الأشعة تحت الحمراء وفي نطاق الأشعة السينية ، يضيء Sirius B أكثر سطوعًا ، ويستمر في إطلاق كميات هائلة من الطاقة الحرارية. على عكس النجوم العادية ، حيث تكون الهالة مصدرًا لموجات الأشعة السينية ، فإن القزم الأبيض هو مصدر الإشعاع من الفوتوسفير.
ليس الوجود خارج التسلسل الرئيسي في انتشار هذه النجوم أكثر الأشياء شيوعًا في الكون. في مجرتنا ، تمثل حصة الأقزام البيضاء 3-10 ٪ فقط من الأجسام السماوية. بالنسبة لهذا الجزء من السكان النجمين في مجرتنا ، فإن عدم التيقن من التقدير يجعل من الصعب على الإشعاع أن يكون ضعيفًا في المنطقة القطبية المرئية. وبعبارة أخرى ، فإن ضوء الأقزام البيضاء غير قادر على التغلب على العناقيد الكبيرة للغاز الكوني التي تشكل ذراعي مجرتنا.
نظرة علمية على تاريخ ظهور الأقزام البيضاء
علاوة على ذلك ، في الأجسام السماوية ، بدلاً من المصادر الرئيسية المجففة للطاقة الحرارية النووية ، ينشأ مصدر جديد للطاقة الحرارية النووية ، أو تفاعل ثلاثي الهليوم ، أو عملية ألفا ثلاثية لتوفير نضوب الهيليوم. تم تأكيد هذه الافتراضات بشكل كامل عندما أصبح من الممكن ملاحظة سلوك النجوم في نطاق الأشعة تحت الحمراء. يختلف طيف ضوء النجم العادي بشكل كبير عن الصورة التي نراها عند النظر إلى العمالقة الحمراء والأقزام البيضاء. بالنسبة للنواة المنحلة من مثل هذه النجوم ، يوجد حد كتلة عليا ، وإلا يصبح الجسم السماوي غير مستقر جسديًا وقد يحدث الانهيار.
يكاد يكون من المستحيل تفسير مثل هذه الكثافة العالية التي تمتلكها الأقزام البيضاء من وجهة نظر القوانين الفيزيائية. أصبحت العمليات الجارية واضحة فقط بفضل ميكانيكا الكم ، مما أتاح دراسة حالة غاز الإلكترون في المادة النجمية. على عكس النجم العادي ، حيث يستخدم نموذج قياسي لدراسة حالة الغاز ، في الأقزام البيضاء ، يتعامل العلماء مع ضغط غاز الإلكترون المنحل النسبية. بعبارات بسيطة ، لوحظ ما يلي. مع ضغط هائل 100 مرة أو أكثر ، تصبح المادة النجمية مثل ذرة كبيرة واحدة ، حيث يتم دمج جميع السلاسل الذرية والسلاسل معًا. في هذه الحالة ، تشكل الإلكترونات غاز الإلكترون المنحل ، يمكن أن يتصادم تشكيل الكم الجديد مع قوى الجاذبية. يشكل هذا الغاز كتلة كثيفة خالية من القشرة.
تبين من دراسة مفصلة للأقزام البيضاء باستخدام التلسكوبات اللاسلكية وبصريات الأشعة السينية أن هذه الأجسام السماوية ليست بسيطة ومملة كما قد تبدو للوهلة الأولى. ونظراً لغياب التفاعلات النووية الحرارية داخل هذه النجوم ، فإن السؤال ينشأ بشكل قسري - من أين يأتي الضغط الهائل ، الذي نجح في موازنة قوى الجاذبية وقوى الجذب الداخلي.
نتيجة لأبحاث الفيزيائيين في مجال ميكانيكا الكم ، تم إنشاء نموذج قزم أبيض. تحت تأثير قوى الجاذبية ، يتم ضغط المادة النجمية إلى درجة أن يتم تدمير قذائف الإلكترونات من الذرات ، تبدأ الإلكترونات حركتها الفوضوية الخاصة ، تنتقل من حالة إلى أخرى. تشكل نويات الذرات في غياب الإلكترونات نظامًا ، وتشكل رابطة قوية ومستقرة فيما بينها. هناك الكثير من الإلكترونات في المادة النجمية التي تتشكل العديد من الحالات ، على التوالي ، يتم الحفاظ على سرعة الإلكترون. سرعة عالية من الجسيمات الأولية يخلق ضغط داخلي هائل من غاز الإلكترون المنحل ، والتي هي قادرة على تحمل قوى الجاذبية.
متى عرف الأقزام البيض؟
على الرغم من حقيقة أن أول قزم أبيض ، اكتشفه علماء الفيزياء الفلكية ، يعتبر Sirius B ، هناك مؤيدون لنسخة من معرفة سابقة للمجتمع العلمي بأجسام نجمية من هذه الفئة. في وقت مبكر من عام 1785 ، ضم الفلكي هيرشل لأول مرة في النجم النجم نظام نجم ثلاثي في كوكبة Eridanus ، مقسما كل النجوم بشكل منفصل. بعد مرور 125 عامًا فقط ، حدد الفلكيون لمعانًا منخفضًا بشكل غير طبيعي لـ 40 Eridane B بدرجة حرارة ألوان عالية ، وهو السبب في فصل هذه الأجسام إلى فئة منفصلة.
كان الكائن حجم خافت المقابلة لقوة + 9.52m. كان القزم الأبيض كتلة من الطاقة الشمسية وكان قطرها أصغر من الأرض. تناقضت هذه المعلمات مع نظرية البنية الداخلية للنجوم ، حيث كان لمعان ونصف ودرجة حرارة سطح النجم المعلمات الرئيسية لتحديد فئة النجم. القطر الصغير ، اللمعان المنخفض من وجهة نظر العمليات الفيزيائية لم يتطابق مع درجة حرارة اللون العالية. تسبب هذا التناقض العديد من الأسئلة.
وبالمثل ، بدا الوضع مثل قزم أبيض آخر - Sirus B. باعتباره رفيقاً من النجم الأكثر إشراقاً ، يمتلك القزم الأبيض أبعاداً صغيرة وكثافة هائلة من المادة النجمية - 106 جم / سم 3. للمقارنة ، فإن كمية من هذا الجسم السماوي مع علبة الثقاب من شأنها أن تزن أكثر من مليون طن على كوكبنا. درجة حرارة هذا القزم أعلى بمقدار 2.5 مرة من النجم الرئيسي لنظام سيريوس.
النتائج العلمية الحديثة
الأجرام السماوية التي نتعامل معها هي أرض اختبار طبيعية وطبيعية ، بفضلها يستطيع الشخص دراسة بنية النجوم ، ومراحل تطورها. إذا كان من الممكن تفسير ولادة النجوم بالقوانين الفيزيائية التي تعمل بنفس الطريقة في أي مكان ، فإن تطور النجوم يتم تمثيله بعمليات مختلفة تمامًا. يذهب التفسير العلمي للعديد منهم إلى فئة ميكانيكا الكم ، علم الجسيمات الأولية.
الأقزام البيضاء في هذا الضوء تبدو الأشياء الأكثر غموضا:
- بادئ ذي بدء ، تبدو عملية انحطاط نواة النجم غريبة للغاية ، ونتيجة لذلك لا تطير المادة النجمية في الفضاء ، بل على العكس ، تتقلص إلى أحجام لا يمكن تصورها.
- ثانيا ، في غياب التفاعلات النووية الحرارية ، يبقى الأقزام البيضاء كائنات فضائية ساخنة.
- ثالثا ، هذه النجوم ، ذات درجة حرارة اللون العالية ، لها لمعان منخفض.
لا يزال يتعين على العلماء من جميع الأطياف وعلماء الفيزياء الفلكية والفيزيائيين والعلماء النوويين الإجابة عن هذه الأسئلة والعديد من الأسئلة الأخرى ، مما سيسمح لنا بالتنبؤ بمصير أنوارنا. الشمس تتوقع مصير قزم أبيض ، ولكن يبقى من المشكوك فيه ما إذا كان الشخص يستطيع أن يشاهد الشمس في هذا الدور.
