Från stjärnor till vita dvärgar: sagan om en solliknande stjärna

Vita dvärgar är nyfikna föremål. De är små och inte särskilt massiva (därmed den "dvärg" delen av deras namn) och de strålar huvudsakligen vitt ljus. Astronomer hänvisar också till dem som "degenererade dvärgar" eftersom de verkligen är resterna av stjärnkärnor som innehåller mycket tät, "degenererad" materia.

Många stjärnor förvandlas till vita dvärgar som en del av deras "ålderdom." De flesta av dem började som stjärnor som liknar vår egen sol. Det verkar ganska konstigt att vår sol på något sätt skulle förvandlas till en konstig, krympande ministjärna, men det kommer att hända miljarder år från och med nu. Astronomer har sett dessa konstiga små föremål runt galaxen. De vet till och med vad som kommer att hända med dem när de svalnar: de blir svarta dvärgar.

För att förstå vita dvärgar och hur de bildas är det viktigt att känna till livscykeln för stjärnor. Den allmänna historien är ganska enkel. Dessa gigantiska seeping bollar av överhettade gaser bildas i gasmoln och lyser av kärnfusionens energi. De förändras under hela deras livstid och går igenom olika och mycket intressanta stadier. De tillbringar större delen av sina liv för att konvertera väte till helium och producera värme och ljus. Astronomer diagram dessa stjärnor i en graf som kallas huvudsekvens, som visar vilken fas de är i sin utveckling.

När stjärnorna börjar vara en viss ålder övergår de till nya faser av existens. I slutändan dör de på något sätt och lämnar bakom fascinerande bevis om sig själva. Det finns några verkligen exotiska föremål som verkligen massiva stjärnor utvecklas till att bli, till exempel svarta hål och neutronstjärnor. Andra slutar sina liv som en annan typ av objekt som kallas en vit dvärg.

Hur blir en stjärna en vit dvärg? Dess evolutionära väg beror på dess massa. En högmassastjärna - en med åtta eller fler gånger solens massa under tiden den är i huvudsekvensen - exploderar som en supern och skapa en neutronstjärna eller svart hål. Vår sol är inte en massiv stjärna, så den och stjärnor som mycket liknar den blir vita dvärgar, och det inkluderar solen, stjärnor lägre massa än solen, och andra som är någonstans mellan solens massa och den av supergiants.

Stjärnor med låg massa (de med ungefär hälften av solens massa) är så lätta att deras kärntemperaturer aldrig blir tillräckligt varma för att smälta helium till kol och syre (nästa steg efter vätefusion). När en lågmassastjärns vätebränsle tar slut, kan dess kärna inte motstå vikten av lager ovanför, och det kollapsar alla inåt. Det som finns kvar av stjärnan kommer sedan att komprimera till en heliumvit dvärg - ett föremål som huvudsakligen består av helium-4 kärnor

Hur länge någon stjärna överlever är direkt proportionell mot dess massa. De lågmassiga stjärnorna som blir helium vita dvärgstjärnor skulle ta längre tid än åldern universum för att komma till sitt slutliga tillstånd. De svalnar väldigt, väldigt långsamt. Därför har ingen sett någon faktiskt svalna helt, men dessa udda stjärnor är ganska sällsynta. Det är inte att säga att de inte finns. Det finns vissa kandidater, men de visas vanligtvis i binära system, vilket antyder att någon form av massförlust är ansvarig för deras skapande, eller åtminstone för att påskynda processen.

Vi do se många andra vita dvärgar där ute som började sina liv som stjärnor mer som solen. Dessa vita dvärgar, även kända som degenererade dvärgar, är slutpunkterna för stjärnor med huvudsekvensmassor mellan 0,5 och 8 solmassor. Liksom vår sol tillbringar dessa stjärnor större delen av sina liv med att smälta väte till helium i sina kärnor.

När de har slut på vätgasbränslet, komprimerar kärnorna och stjärnan expanderar till att bli en röd jätte. Den värmer upp kärnan tills helium smälter till att skapa kol. När heliumet tar slut börjar kolet smälta samman för att skapa tyngre element. Den tekniska termen för denna process är "trippel-alfa-processen:" två heliumkärnor smälter samman för att bilda beryllium, följt av sammansmältningen av ytterligare ett heliumbildande kol.)

När allt helium i kärnan har smälts samman kommer kärnan att komprimera igen. Kärntemperaturen blir emellertid inte tillräckligt varm för att smälta kol eller syre. Istället "stelnar det", och stjärnan går in en sekund röd jätte fas. Så småningom blåses stjärnens yttre lager försiktigt bort och bildar en planetarisk nebula. Det som är kvar är kol-syre-kärnan, hjärtat i den vita dvärgen. Det är mycket troligt att vår sol kommer att starta denna process om några miljarder år.

När en vit dvärg slutar generera energi via kärnfusion, är det tekniskt inte längre en stjärna. Det är en fantastisk rest. Det är fortfarande varmt, men inte från aktiviteten i dess kärna. Tänk på de sista stadierna i en vit dvärgs liv som mer som de döende glödarna av en eld. Med tiden kommer det att svalna och så småningom bli så kallt att det blir en kall, död lim, vad vissa kallar en "svart dvärg". Ingen känd vit dvärg har kommit så långt än. Det beror på att det tar miljarder och miljarder år för processen att ske. Eftersom universumet bara är cirka 14 miljarder år gammalt har till och med de första vita dvärgarna inte haft tillräckligt med tid att helt svalna för att bli svarta dvärgar.

• Alla stjärnor åldras och utvecklas så småningom ur existensen.
• Mycket massiva stjärnor exploderar som supernovaer och lämnar neutronstjärnor och svarta hål.
• Stjärnor som solen kommer att utvecklas till att bli vita dvärgar.
• En vit dvärg är resterna av en stjärnkärna som har tappat alla sina yttre lager.
• Inga vita dvärgar har svalnat helt i universums historia.

• NASA, NASA, imag.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
• "Stellar Evolution", www.aavso.org/stellar-evolution.
• “White Dwarf | KOSMOS." Centrum för astrofysik och superdatorer, astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/vit dvärg.

Redigerad av Carolyn Collins Petersen.