Δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα που ο ήλιος βρίσκεται στους τελικούς θανάτους του θανάτου (δηλαδή, αφού έχει ήδη εξατμιστεί τη Γη), ο πυρήνας του ηλίου θα καταρρεύσει στον εαυτό του, συρρικνώνοντας σε μια σφικτά συμπιεσμένη μπάλα αερίου που λέγεται άσπρος νάνος .
Όμως, ενώ οι αστεροειδείς ταμπέλες έχουν ήδη σημείο στο γαλαξιακό μας τοπίο, οι εσωτερικοί χώροι τους παραμένουν ένα παζλ στη φυσική - κάτι που δεν αποτελεί έκπληξη, δεδομένου του πόσο παράξενο είναι.
Πρόσφατα, ένα ζευγάρι ερευνητών δημιούργησε ένα εξελιγμένο μοντέλο για να «κοιτάξει» τα εσωτερικά του λευκού νάνου. Και μάντεψε τι? Αυτά τα κοσμικά αουτσάιντερ θα μπορούσαν να βάλουν τη γήινη τρούφα σε ντροπή, καθώς φαίνεται ότι έχουν κρεμώδη κέντρα που είναι γεμάτα από εξωτικά κβαντικά υγρά.
Το άστρο-περήφανο αστέρι
Αστέρια όπως ο ήλιος μας παίρνουν την ενέργειά τους με τη σύντηξη υδρογόνου στο ήλιο βαθιά στους πυρήνες τους. Αυτή η παραγωγή ενέργειας δεν μπορεί να διαρκέσει για πάντα - τελικά, το διαθέσιμο υδρογόνο εξαντλείται και το πάρτι σταματά. Αλλά κοντά στο τέλος της ζωής τους, τα αστέρια μπορούν να γυρίσουν τα φώτα για λίγο, κάνοντας ανάφλεξη ηλίου, αφήνοντας πίσω τους έναν αδρανή πυρήνα άνθρακα και οξυγόνου.
Αλλά μικρά αστέρια όπως ο ήλιος μας δεν έχουν αρκετή βαρύτητα για να διασυνδέσουν τον άνθρακα και το οξυγόνο σε οποιαδήποτε βαρύτερα στοιχεία όπως μαγνήσιο ή σίδηρο, κι έτσι πεθαίνουν, γυρνώντας τους προς τα έξω και απελευθερώνοντας την ατμόσφαιρά τους σε μια όμορφη άποψη) πλανητικό νεφέλωμα.
Αυτός ο πυρήνας άνθρακα και οξυγόνου παραμένει πίσω, ένα σημαντικό κλάσμα της μάζας του αστεριού κλειδωμένο μέσα σε έναν πυρήνα όχι μεγαλύτερο από τη Γη. Όταν οι αστρονόμοι ανακάλυψαν για πρώτη φορά αυτά τα περίεργα αντικείμενα - τώρα γνωστά ως λευκοί νάνοι - σκέφτηκαν ότι ήταν αδύνατο, με υπολογιζόμενες πυκνότητες να ανεβαίνουν πάνω από ένα δισεκατομμύριο φορές εκείνη του αέρα που αναπνέουμε. Πώς θα μπορούσε κάτι να έχει τόσο μεγάλη πυκνότητα και όχι απλά να καταρρεύσει κάτω από το δικό του τρομερό βάρος;
Αλλά οι λευκοί νάνοι δεν είναι αδύνατοι, και οι θεωρητικές ιδέες στις αρχές του 20ού αιώνα λύθηκαν το μυστήριο του πώς θα μπορούσαν ενδεχομένως να υπάρχουν λευκοί νάνοι. Η απάντηση ήρθε με τη μορφή της κβαντικής μηχανικής και της συνειδητοποίησης ότι σε μεγάλες πυκνότητες η φύση είναι απλά πολύ περίεργη. Στην περίπτωση των λευκών νάνων, μόνο ένας ορισμένος αριθμός ηλεκτρονίων μπορεί να συσκευάζεται μέσα. Δεδομένου ότι αυτά τα περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια απωθούν το ένα το άλλο, μαζί δημιουργούν αρκετή πίεση για να κρατήσουν τα νεκρά αστέρια μπαλλωμένα επάνω, αντέχουν ακόμη και τις σχεδόν συντριπτικές δυνάμεις βαρύτητας.
Και τόσο αστρικά πτώματα μπορούν να ζήσουν για τρισεκατομμύρια χρόνια.
Κρεμαστά κέντρα
Ενώ αυτοί οι πρώτοι υπολογισμοί έδειξαν πώς οι λευκοί νάνοι μπορούσαν να υπάρχουν στο σύμπαν μας, οι αστροφυσικοί ήξεραν ότι απλές περιγραφές δεν θα μπορούσαν να καταγράψουν πλήρως τι συμβαίνει σε τέτοιους εξωτικούς πυρήνες. Μετά από όλα, αυτή είναι μια κατάσταση της ύλης που είναι εντελώς απρόσιτη για εργαστήρια και πειράματα εδώ στη Γη - ποιος ξέρει τι παράξενο παιχνίδι μπορεί να φτάσει η φύση, βαθιά μέσα σε αυτές τις νεκρές καρδιές;
Οι φυσικοί και οι αστρονόμοι έχουν αναρωτηθεί για τα εσωτερικά των λευκών νάνων εδώ και δεκαετίες τώρα, και σε πρόσφατη εργασία που εμφανίζεται στο περιοδικό preprint arXiv, ένα ζευγάρι ρωσικών θεωρητικών φυσικών πρότεινε ένα νέο μοντέλο των βαθιών πυρήνων σε λευκούς νάνους, το μοντέλο τους βασίζεται και αποκλίνει από την προηγούμενη δουλειά και πώς οι παρατηρητές μπορούν ενδεχομένως να πει εάν το νέο τους μοντέλο είναι ακριβές.
Σε αυτό το νέο μοντέλο, οι επιστήμονες προσομοίωσαν τον πυρήνα του λευκού νάνου ως αποτελούμενο από ένα μόνο είδος βαρέως φορτισμένων πυρήνων (αυτό δεν είναι εξ ολοκλήρου ακριβές, καθώς οι λευκοί νάνοι είναι ένα μείγμα πολλών στοιχείων όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο, αλλά είναι αρκετά καλό αρχικό σημείο), με αυτά τα σωματίδια βυθισμένα σε μια παχιά σούπα ηλεκτρόνων.
Αυτή η ρύθμιση υποθέτει ότι οι λευκοί νάνοι είναι αρκετά ζεσμένοι ώστε να έχουν υγρούς εσωτερικούς χώρους, πράγμα που αποτελεί λογική υπόθεση, δεδομένου ότι όταν γεννιούνται (ή μάλλον, όταν τελικά εκτίθενται μετά το θάνατο των αστέρι τους) πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελβίνες.
Τα εξωτερικά στρώματα ενός λευκού νάνου εκτίθενται στο ψυχρό περιβάλλον ενός καθαρού κενού, επιτρέποντας στο υδρογόνο να καθιζάνει στην επιφάνεια, δίνοντάς τους μια ελαφριά, λεπτή ατμόσφαιρα. Και σε ακραίες περιόδους, οι λευκοί νάνοι κρυώνουν, σχηματίζοντας τελικά ένα γιγαντιαίο κρύσταλλο, αλλά αυτό είναι αρκετά μακρύ που, ως επί το πλείστον, οι λευκοί νάνοι γεμίζουν με ένα εξωτικό κβαντικό υγρό από άνθρακα και οξυγόνο, έτσι το μοντέλο που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη είναι σχετικά ακριβή για ένα μεγάλο μέρος της ζωής του λευκού νάνου.
Επιφάνειες υπογραφής
Δεδομένου ότι τα έντερα λευκού νάνου αντιπροσωπεύουν ένα από τα πιο ασυνήθιστα περιβάλλοντα του σύμπαντος, η μελέτη τους θα μπορούσε να αποκαλύψει ορισμένες βαθιές ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής σε ακραίες συνθήκες. Αλλά επειδή οι επιστήμονες δεν μπορούν ποτέ να ελπίζουν να σκαρφαλώσουν σε ένα κοντινό λευκό νάνο για να τους φέρουν σε μια ζωοτομία, πώς μπορούμε να δούμε ενδεχομένως κάτω από την κουκούλα;
Οι ερευνητές του νέου μοντέλου έδειξαν πως το φως που εκπέμπεται από τους λευκούς νάνους μπορεί να είναι διαφορετική θερμότητα. Οι λευκοί νάνοι δεν παράγουν θερμότητα μόνοι τους. οι έντονες θερμοκρασίες τους είναι το αποτέλεσμα των ακραίων βαρυτικών πιέσεων που αντιμετώπιζαν όταν ήταν μέσα στα αστέρια. Αλλά όταν το αστέρι τους ξυπνήσει και είναι εκτεθειμένοι στο διάστημα, φωτίζουν έντονα - τις πρώτες χιλιάδες χρόνια μετά τη μεγάλη αποκάλυψή τους, είναι τόσο ζεστοί που εκπέμπουν ακτινοβολία ακτίνων Χ.
Αλλά να κρυώνουν, κάνουν τόσο αργά, διαρροή τη θερμότητά τους ως ακτινοβολία στο διάστημα. Και παρακολουθούμε τους λευκούς νάνους για αρκετό καιρό ώστε να τους βλέπουμε να κρυώνουν κατά τη διάρκεια των ετών και των δεκαετιών. Πόσο γρήγορα δροσίζουν εξαρτάται από το πόσο αποτελεσματικά η παγιδευμένη τους θερμότητα μπορεί να διαφύγει στις επιφάνειές τους - η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από την ακριβή φύση των εντέρων.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό που έδειξαν οι ερευνητές θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μέσα στους λευκούς νάνους είναι η ελαφρά ταλάντευση τους. Με τον τρόπο που χρησιμοποιείται η σεισμογραφία για να μελετήσει τον πυρήνα της Γης, το μακιγιάζ και ο χαρακτήρας ενός λευκού νάνου αλλάζουν πως οι δονήσεις θα εμφανιστούν στην επιφάνεια.
Τέλος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πληθυσμούς λευκών νάνων για να πάρουμε μια υπόδειξη για το εσωτερικό τους, καθώς η σχέση μεταξύ των μαζών τους και των μεγεθών τους εξαρτάται από τις ακριβείς κβαντομηχανικές σχέσεις που διέπουν τους εσωτερικούς τους χώρους.
Συγκεκριμένα, οι νέες έρευνες δείχνουν ότι οι περισσότεροι λευκοί νάνοι θα πρέπει να δροσιστούν γρηγορότερα από ό, τι συνήθιζαν να σκέφτονται, να δονίζουν ελαφρώς λιγότερο συχνά από ότι τα παλαιότερα μοντέλα προτείνουν και να είναι ελαφρώς μεγαλύτερα από το αναμενόμενο παρά εάν δεν λάβουμε υπόψη αυτό το πιο ρεαλιστικό μοντέλο. Τώρα εναπόκειται στους αστρονόμους να κάνουν ακριβείς μετρήσεις για να δουν αν καταλαβαίνουμε πραγματικά αυτά τα εξωτικά περιβάλλοντα ή αν χρειαστεί να κάνουμε μια άλλη ρωγμή σε αυτό.
- 8 τρόποι που μπορείτε να δείτε τη θεωρία του Αϊνστάιν της σχετικότητας στην πραγματική ζωή
- 11 Συναρπαστικά γεγονότα για τον Γαλαξία Γαλαξίας μας
- Οι 11 μεγαλύτερες αναπάντητες ερωτήσεις σχετικά με το σκοτεινό θέμα
Paul M. Sutter είναι ένας αστροφυσικός στο Το κρατικό πανεπιστήμιο του Οχάιο, υποδοχής του Ρωτήστε έναν διαστημόπλοιο και Διαστημικό ραδιόφωνο, και συγγραφέας του Η Θέση σας στο Σύμπαν.
