Najdokładniejszy pomiar odległości do LMC
Wielki Obłok Magellana jest najlepiej poznanym obiektem południowego nieba. Aż trudno uwierzyć, że dopiero trzy lata temu astronomowie określili odległość do tej galaktyki z dokładnością na poziomie 2%.

Widok Drogi Mlecznej po kolizji z Andromedą
Astronomowie z NASA ogłosili, że są w stanie z dużą dokładnością przewidzieć, jak kosmiczna kolizja Drogi Mlecznej z Andromedą może wpłynąć nie tylko na samą Galaktykę, ale i na nasz Układ Słoneczny.

       Syriusz to niezwykła gwiazda podwójna, której składniki różnią się pod względem blasku prawie o 10 wielkości, co oznacza, że Syriusz B świeci 10 000 razy słabiej niż Syriusz A, natomiast pod względem masy oba składniki układu podwójnego różnią się stosunkowo niewiele. Syriusz należy do gwiazd bliskich, jego bowiem paralaksa wynosi 0",377, co odpowiada odległości zaledwie 8,6 lat światła, znamy przeto absolutną bolometryczną wielkość obu składników. Dla Syriusza B wynosi ona 11^M,1. Porównując ją z absolutną wielkością bolometryczną Słońca 4m,6 obliczamy, że Syriusz B wysyła 400 razy mniej energii niż Słońce, choć jego masa równa się prawie masie Słońca. Dałoby się to uzasadnić, gdyby Syriusz B był gwiazdą znacznie chłodniejszą niż Słońce. Tymczasem astronom amerykański W. S. Adams stwierdził jeszcze w 1914 roku, ze widmo Syriusza B zawarte jest w przedziale od A5 do F0, a więc stosunkowo niewiele różni się od widma Syriusza A (klasa A1). Zaobserwowanej klasie widmowej Syriusza B odpowiada temperatura efektywna co najmniej 8000 K. Zgodnie więc z prawem Stefana, jednostka powierzchni Syriusza B daje (8000/5800)⁴ = 3,6 razy więcej energii promieniowania niż równa jej jednostka powierzchni Słońca. Ponieważ gwiazda wysyła 400 razy mniej promieniowania niż Słonce, więc jej powierzchnia powinna być 400 x 3,6 = 1440 razy mniejsza od powierzchni Słońca. Promień gwiazdy w tym przypadku jest około 38 razy mniejszy od promienia Słońca i wynosi zaledwie 18 000 km, a objętość gwiazdy jest blisko 55 000 razy mniejsza od objętości Słońca. Wynika stąd, że średnia gęstość Syriusza B jest 61 000 razy większa od średniej gęstości Słońca. Ponieważ średnia gęstość Słońca wynosi 1,41 g/cm³, więc na średnią gęstość Syriusza B otrzymujemy wartość 86 000 g/cm³.

       Przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni kuli jest proporcjonalne do masy kuli i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu promienia. Łatwo obliczamy z przytoczonych liczb, że przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Syriusza B jest przeszło 40 000 razy większe od analogicznego przyspieszenia na Ziemi. Zgodnie z ogólną teorią względności drgania fal elektromagnetycznych w silnym polu grawitacyjnym staja się powolniejsze, co sprawia, że linie w widmie gwiazdy, mającej wielkie przyspieszenie siły ciężkości na powierzchni, są przesunięte ku falom dłuższym, czyli ku czerwieni. Eddington przewidział, że grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni w przypadku Syriusza B byłoby równoważne przesunięciu dopplerowskiemu około 20 km/s. Istotnie w roku 1921 Adams znalazł, ze linie w widmie Syriusza B są przesunięte ku czerwieni, przy czym przesunięcie to po odjęciu ogólnej prędkości radialnej układu oraz prędkości radialnej wynikającej z ruchu orbitalnego równoważne jest z przesunięciem dopplerowskim 21 km/s, co jest w dobrej zgodności przewidywaniami Eddingtona. W ten sposób potwierdzona została duża gęstość Syriusza B, a w przesunięciu linii ku czerwieni w widmie tej gwiazdy uzyskano jeden z dowodów obserwacyjnych, potwierdzających słuszność ogólnej teorii względności.

       Syriusz B stał się pierwszym przedstawicielem gwiazd nowej kategorii, którym nadano nazwę białych karłów. Zajmują one na wykresie Hertzsprunga-Russela miejsce w dole na lewo. Nazwa białe karły pochodzi stąd, że odkrywane początkowo gwiazdy tej kategorii miały wysoką temperaturę, przy jednoczesnych małych rozmiarach, Obecnie do kategorii białych karłów zaliczamy w ogóle gwiazdy o bardzo wielkiej średniej gęstości i małej światłości, przy czym wskaźniki barwy niektórych gwiazd tej kategorii są duże, tak że znamy białe karły o barwie żółtej, a nawet czerwonej.

       Znamy już setki białych karłów, ponieważ zaś do odległości 10,5 parseków na 255 gwiazd poznanych do tej odległości jest 8 białych karłów, więc wnioskujemy, że gwiazdy te nie należą do rzadkości wśród ogółu gwiazd, przynajmniej w sąsiedztwie Słońca. Ocenia się, że co najmniej 3% ogółu gwiazd należy do kategorii białych karłów.

       Olbrzymia gęstość towarzysza Syriusza, obliczona o raz pierwszy w roku 1914, zaskoczyła astronomów, którzy początkowo nie znajdowali jej wyjaśnienia w świetle ówczesnej teorii budowy materii. Dopiero dzięki zastosowaniu nowoczesnej teorii budowy atomów można było uzasadnić istnienie tak wielkiej gęstości. Wiadomo z fizyki, że nie zjonizowane atomy mają średnice rzędu 10^-8, przy czym jej wartość jest określana przez położenie najdalszych elektronów względem jądra atomowego, czyli że średnicę rzędu 10^-8 ma orbita najdalej położonego elektronu, w ujęciu teorii Bohra budowy atomu. Natomiast średnica jąder atomowych jest rzędu zaledwie 10^-12. A więc jeżeli atomy pozbawimy całkowicie elektronów, czyli doprowadzimy je do stanu zupełnej jonizacji, to dadzą one się stłoczyć do bardzo dużych gęstości, materia przy tym w tej gęstości nie starci właściwości gazu. W tym gazie jądra atomowe pozbawione elektronów mogą poruszać się równie swobodnie jak i zwykłe cząsteczki gazu. We wnętrzu białego karła obok jąder atomowych jest jeszcze dużo zwykłych elektronów. Poruszają się one względem jąder atomowych po orbitach hiperbolicznych, do których również odnoszą się reguły kwantowe.

       W normalnych warunkach bywa mniej elektronów niż dozwolonych dla nich orbit i elektrony mogą "dobierać" sobie orbity. Natomiast w wielkich gęstościach, które w środku białych karłów mogą przekraczać 1 tonę na cm³, dozwolonych orbit może brakować dla wielkiej liczby swobodnych elektronów. Zgodnie z zasadą Pauliego, na jednej orbicie mogą przebywać najwyżej dwa elektrony i wtedy mają one odwrotne kierunki spinów, czyli własnych momentów pędu. W przypadku wielkiej gęstości gorącego gazu wszystkie poziomy energetyczne były obsadzone przez elektrony, to przy dalszym zagęszczeniu już na jednej orbicie poruszałoby się więcej niż dwa elektrony z różnymi jednak prędkościami. Gaz, w którym wszystkie poziomy energetyczne są obsadzone z nadmiarem przez elektrony poruszające się po orbitach ze znacznymi prędkościami, nosi nazwę zdegenerowanego gazu elektronowego, ścisłe bowiem określenie wymagałoby złożonych rozumowań matematycznych. W gazie zdegenerowanym we wnętrzu białego karła ciśnienie zależy od temperatury i gęstości i można je wyrazić zależnością


       Gaz zdegenerowany jest dobrym przewodnikiem ciepła, a więc energia może być w nim przenoszona przez przewodnictwo. Temperatura zdegenerowanego gazu elektronowego we wnętrzu białego karła jest stała, co jest zrozumiałe wobec tego, że na skutek dobrego przewodnictwa cieplnego temperatura szybko się wyrównuje. Dookoła głównej masy białego karła, złożonej z gazu zdegenerowanego, znajduje się stosunkowo cienka zewnętrzna powłoka zwykłego, nie zdegenerowanego gazu, do którego stosują się zwykle prawa gazów doskonałych. W tej powłoce przylegającego do zdegenerowanego jądra odbywają się reakcje jądrowe i przez nią płynie strumień energii na zewnątrz.

Referencje:
Eugeniusz Rybka: "Astronomia Ogólna" wyd. VI

Komentarze użytkowników

Napisz komentarz

Odpowiedz na pytanie zadane w sondzie.

Za co lubicie AVN? Wiadomości
Artykuły popularnonaukowe
TZMA
Grafikę serwisu
Pokazy nieba

Ostatnio pisaliście: