Fehér törpe

A fehér törpe állapot csillagfejlődés egyik, asztrofizikailag jól behatárolható, végső stádiuma.

A fehér törpecsillagok a csillagászat szemszögéből "A" színképosztályú, a Nap abszolút fényerősségének tizedével, századával fénylő csillagok, melyeket gyakran planetáris köd vesz körül. A fehér törpe körüli planetáris köd a megelőző, vörös óriás állapot külső légkörének maradványa, mely a csillagmag gravitációs összehúzódása után marad vissza.

A részecskefizika szemszögéből a fehér törpe nagy nyomású anyagkoncentráció, melyben az elektrongáz kvantumfizikailag degenerált formában van jelen. Az anyag ilyen állapotában az elektrongáz további gravitációs összenyomódását a Pauli-féle kizárási elv akadályozza meg, mely szerint egy atompályán csak két (éspedig ellenkező spinállapotú) elektron tartózkodhat.

Csillagok fehér törpévé válása

Fő szócikk: csillagfejlődés

A fehér törpe stádiumot megelőzően a csillag magjában a vörös óriás állapotot eredményező

3 He⁴

\rightarrow

C¹² + γ

fúziós folyamat zajlik, azaz három hélium atommag egyesül egyetlen szén atommaggá, energia-kibocsátás kíséretében. Miután a csillag magjában elfogy a hélium, a kiáramló energia okozta sugárnyomás lecsökken és már nem tart egyensúlyt a gravitációs nyomással. Ekkor a csillag magja összehúzódik, miközben a külső, kihűlő, a maggal közvetlen kapcsolatban nem lévő csillaglégkör a még meglévő sugárnyomás hatására expandál. A számítások szerint ekkor kétféle fejlődési folyamat alakulhat ki.

Ha a csillag tömege 0,35 naptömegnyinél kisebb, akkor a sugárnyomás nem elég nagy ahhoz, hogy a külső, hideg légkört "lefújja" magáról. Ekkor az egész csillag összehúzódik saját gravitációs nyomása alatt.

0,35 naptömegűnél nagyobb csillagoknál a sugárnyomás akkora, hogy a külső csillaglégkör leszakad és planetáris ködöt alkot .

Az első esetben az egész csillag, a második esetben a mag egészen addig zsugorodik, míg az elektrongáz elfajulása megállítja azt feltéve, hogy a csillagnak kb. 1,4 naptömegnél kisebb a tömege. Az ekkor kialakuló 10⁵-10⁶ K körüli hőmérséklet nem elegendő ahhoz, hogy a csillagban beinduljon a szén nukleáris égése, maradék energiáját kisugározva a csillag hűlni és sötétedni kezd. Ezt a milliárd évekig tartó stabil állapotot, melyben már nem történik nukleáris energiatermelés, nevezik fehér törpe állapotnak.

Fekete törpék

Amikor a fehér törpe teljes, addig felhalmozott energiáját kisugározta, már nem világít többé. Ezeket a "halott" égitesteket nevezik fekete törpéknek. Fekete törpét mindezidáig még nem pillantottak meg, abból az érthető okból, hogy semmilyen információ nem jut róluk hozzánk. Az is lehetséges azonban, hogy fekete törpévé válni olyan sok idő alatt lehet, mely még egyetlen csillagnak sem állt rendelkezésére keletkezése óta.

Neutroncsillag, fekete lyuk

Ez a fejlődési fázis csak a kisebb tömegű csillagokra érvényes. Subrahmanyan Chandrasekhar indiai fizikus 1930-ban meghatározta azt a kritikus tömeget, a már említett kb. 1,4 naptömegnyi mennyiséget, melynél nagyobb tömeg esetén az elektrongáz elfajulása már nem képes ellensúlyozni a gravitációs nyomást. Amennyiben a csillagból a planetáris köd keletkezése után megmaradt rész tömege még mindig nagyobb ennél, az úgy nevezett Chandrasekhar-határnál, akkor fejlődése szükségképpen szupernóvarobbanáshoz vezet. Az ezt követően fennmaradó csillagmaradvány, azután neutroncsillaggá, kvarkcsillaggá vagy fekete lyukká válhat.

Tulajdonságok

Sok fehér törpe megközelítően Föld méretű, de általában 100-szor kisebbek, mint a Nap. A tömegük megközelítően a Nap tömegével egyezik meg, ezért sűrűségük nagyon nagy. A sugár századrésze azt jelenti, hogy a Nap tömegű anyag 100³=1 000 000-szor kisebb térfogatban helyezkedik el, és így a fehér törpék anyagának átlagos sűrűsége 1 000 000-szor nagyobb, mint a Nap átlagos sűrűsége. Az ilyen anyagot degeneráltnak hívjuk.

Ha az összes megfigyelhető csillagot figyelembe véve készítünk egy diagramot, és az abszolút fényességet ábrázoljuk a szín függvényében (Hertzsprung-Russell diagram), nem minden szín-fényesség kombináció fordul elő. Egy kevés csillag található az alacsony fényesség-forró szín régióban (fehér törpék), de a legtöbb csillag egy csíkban helyezkedik el, amelyet fősorozatnak hívunk. A kistömegű fősorozatbeli csillagok kicsik és hidegek. Vörös színükről kapták a nevüket: vörös törpe. A még hidegebbek barna törpe elnevezést kaptak. Ezek egy teljesen különböző csoportba tartoznak, mint a fehér törpék. A vörös törpékben, mint az összes fősorozatbeli csillagnál, a nyomás, amely az egész csillag súlyát tartja, a forró gázok hőmozgásából származik. A nyomás az ideális gáztörvénynek engedelmeskedik. A csillagok másik osztálya az óriások: csillagok a diagram nagy fényességű részén. Ezeket a csillagokat a sugárzás nyomása fújja fel, és ily módon igen nagyok.

A fehér törpék extrém magas felszíni hőmérsékletűek, ezért ragyogó fehér fényt bocsátanak ki. Ez a hő nem megújuló, a csillagösszeomlás által generált hő maradéka (hacsak nem kap valahogy anyagot valamely szomszéd égitestről, ködből). Mivel a fehér törpék felülete, amelyen a hő eltávozhat, igen kicsi, hosszú időn keresztül forróak maradhatnak. A gravitációs erőtérből felvett sugárzás viszont késleltetheti a lehűlési folyamatot, amelynek hatására egyensúlyi hőmérsékletet érhetnek el, amely 3400 K körül lehet. Ezzel szemben a jelenleg (még) elfogadott elmélet szerint a Világegyetem nem elég idős ahhoz, hogy a fehér törpék bármelyike ennél alacsonyabb hőmérsékletet érjen el. Fekete törpék tehát nem léteznek.

A közeli, fiatal fehér törpék megfigyelésekor lágy (kis energiájú) gamma-sugárzás észlelhető. A lágy gamma és az extrém ultraibolya megfigyelésekkel a csillagászoknak lehetővé válik ezen csillagok vékony atmoszférájának tanulmányozása (összetétel, szerkezet).

Sirius A and B Hubble photo.jpg felvételén.]]

Habár 1,4 naptömegnél nagyobb tömegű fehér törpe nem létezhet (Chandrasekhar-határ), azért létezik mechanizmus, amely szerint tömegük ezen határ fölé nőhet. A nóvákhoz hasonlóan a fehér törpék anyagot gyűjthetnek kísérőjüktől. A nóváktól eltérően viszont ez az anyaggyűjtés lassú és stabil. A fehér törpék tömege addig nő, amíg elérik az 1,4 naptömeget, amely határ felett a degenerációs nyomás nem bírja el a csillagot. A fehér törpe ezáltal egy Ia típusú szupernóvát generál, amely a legerőteljesebb szupernóva, és a keletkezésének mechanizmusa miatt mindegyik egyforma tömegű. Etalongyertyának használva az Ia típusú szupernóvákat megállapították: a világegyetem gyorsulva tágul, ugyanis nagyon nagy, az egységgyertyából számolt távolságokban a vöröseltolódás nagyobb a Hubble-törvény alapján vártnál. A többi szupernóva típustól eltérően az SN Ia mindenfajta galaxisban általánosan előfordul, beleértve az elliptikus galaxisokat is, valamint kitüntetett régió sincs a galaxisokban, ahol az Ia szupernova előfordulhat.

Felfedezésük története

Alvan Graham Clark 1868-ban fedezte fel a Földről látható legfényesebb csillag, a Szíriusz mellett egy kicsi, halványabb társcsillagot. A kísérő - amely a Szíriusz B jelet kapta - Volt az elsőként felfedezett fehér törpe. Mintegy 25 000 K felszíni hőmérsékletű, ezért a forró csillagok közé sorolják, átmérője közel azonos lehet a Földével, a tömege viszont az akkora mint a Napé, tehát nagyon sűrű csillag.

A másodikként felfedezett fehér törpe a Van Maanen-csillag volt, amit Adriaan Van Maanen pillantott meg 1917-ben. Később sok további fehér törpét fedeztek fel és így a korábbi feltételezésekkel szemben bebizonyosodott, hogy ez egy gyakori csillagtípus a galaxisunkban.

Az 1920-as években a kvantummechanika felfedezésével arra is sikerült magyarázatot találni, hogy miként képes a fehér törpék anyaga olyan kis helyen elférni. R. H. Fowler 1926-ban bebizonyította, hogy ilyen nagy sűrűség mellett az anyag degenerált formában van jelen.

Külső hivatkozások

Lásd még

Égitestek

White dwarf Бяло джудже Nana blanca Bílý trpaslík Hvid dværg Weißer Zwerg Blanka nano Enana blanca Valge kääbustäht Valkoinen kääpiö Naine blanche Anana branca ננס לבן Hvítur dvergur Nana bianca 白色矮星 Pumilio alba Baltoji nykštukė Baltais punduris Witte dwerg Biały karzeł Anã branca Белый карлик White dwarf Biely trpaslík Vit dvärg Білий карлик Sao lùn trắng 白矮星