ดาวแคระขาว

ดาวแคระขาวที่เรียกว่ายังเป็นคนเลวคนแคระเป็นเศษเล็กเศษน้อยหลักตัวเอกส่วนประกอบของเรื่องอิเล็กตรอนเลว ดาวแคระขาวเป็นอย่างหนาแน่น : มวลของมันเทียบได้กับที่ของดวงอาทิตย์ในขณะที่ปริมาณของมันคือเทียบเท่ากับที่ของโลก ดาวแคระขาวจาง ๆส่องสว่างมาจากการปล่อยของที่เก็บไว้พลังงานความร้อน ; ไม่มีการหลอมรวมเกิดขึ้นในดาวแคระขาว [1]ดาวแคระขาวที่ใกล้ที่สุดที่รู้จักคือซิเรียสบีที่ 8.6 ปีแสงซึ่งเป็นส่วนประกอบที่เล็กกว่าของดาวคู่ซิเรียส. ปัจจุบันมีดาวแคระขาวแปดดวงในบรรดาระบบดาวร้อยดวงที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด [2]ลมที่ผิดปกติของดาวแคระขาวได้รับการยอมรับเป็นครั้งแรกในปี 1910 [3] : 1ชื่อดาวแคระขาวที่ได้รับการประกาศเกียรติคุณจากWillem Luytenในปี 1922

ภาพของ ซิเรียสและ Sirius B ถ่ายโดย กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซิเรียสบีซึ่งเป็นดาวแคระขาวสามารถมองเห็นเป็นจุดจาง ๆ ทางด้านซ้ายล่างของซิเรียสเอที่สว่างกว่ามาก

ดาวแคระขาวกำลังคิดว่าจะเป็นคนสุดท้ายที่รัฐวิวัฒนาการของดาวที่มีมวลไม่สูงพอที่จะกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ซึ่งรวมถึงกว่า 97% ของดาวดวงอื่นในทางช้างเผือก [4] : วรรค 1หลังจากที่ไฮโดรเจน - หลอมรวมระยะเวลาของดาวหลักลำดับต่ำหรือมวลขนาดกลางปลายเช่นดาวจะขยายไปยังสีแดงขนาดยักษ์ในระหว่างที่มันฟิวส์ฮีเลียมเพื่อคาร์บอนและออกซิเจนในแกนของมันโดยTriple- และ กระบวนการอัลฟา หากยักษ์แดงมีมวลไม่เพียงพอที่จะสร้างอุณหภูมิแกนกลางที่จำเป็นในการหลอมรวมคาร์บอน (ประมาณ 1 พันล้าน K) มวลคาร์บอนและออกซิเจนเฉื่อยจะสร้างขึ้นที่ศูนย์กลางของมัน หลังจากที่ดาวดังกล่าวหลุดจากชั้นนอกและก่อตัวเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์มันจะทิ้งแกนกลางซึ่งเป็นดาวแคระขาวที่เหลืออยู่ [5]โดยปกติแล้วดาวแคระขาวประกอบด้วยคาร์บอนและออกซิเจน ( CO ดาวแคระขาว ) ถ้ามวลของต้นกำเนิดอยู่ระหว่าง 8 ถึง 10.5  มวลแสงอาทิตย์ ( M ) อุณหภูมิแกนกลางจะเพียงพอที่จะหลอมรวมคาร์บอน แต่ไม่ใช่นีออนซึ่งในกรณีนี้ดาวแคระขาวที่มีออกซิเจน - นีออน - แมกนีเซียม ( ONeMgหรือONe ) อาจก่อตัวขึ้น [6]ดาวที่มีมวลน้อยมากจะไม่สามารถหลอมรวมฮีเลียมได้ดังนั้นดาวแคระขาวฮีเลียม[7] [8]อาจก่อตัวขึ้นโดยการสูญเสียมวลในระบบเลขฐานสอง

วัสดุในดาวแคระขาวไม่ผ่านปฏิกิริยาฟิวชันอีกต่อไปดาวจึงไม่มีแหล่งพลังงาน เป็นผลให้มันไม่สามารถรองรับตัวเองได้โดยความร้อนที่เกิดจากการหลอมรวมกับการพังทลายของแรงโน้มถ่วงแต่ได้รับการสนับสนุนจากความดันเสื่อมของอิเล็กตรอนเท่านั้นทำให้มีความหนาแน่นสูงมาก ฟิสิกส์ของการเสื่อมสภาพให้มวลสูงสุดสำหรับดาวแคระขาวที่ไม่หมุนรอบขีด จำกัด ของจันทราสคาร์ - ประมาณ 1.44 เท่าM ☉ -เหนือกว่าซึ่งความดันเสื่อมของอิเล็กตรอนไม่สามารถรองรับได้ คาร์บอนออกซิเจนดาวแคระขาวที่เข้าใกล้ขีด จำกัด มวลนี้โดยทั่วไปแล้วการถ่ายโอนมวลจากดาวสหายอาจเกิดการระเบิดเป็นชนิด Ia ซูเปอร์โนวาผ่านกระบวนการที่เรียกว่าระเบิดคาร์บอน ; [1] [5] SN 1006เป็นตัวอย่างที่มีชื่อเสียง

ดาวแคระขาวจะร้อนมากเมื่อก่อตัว แต่เนื่องจากไม่มีแหล่งพลังงานมันจะค่อยๆเย็นลงเมื่อมันแผ่พลังงานออกมา นั่นหมายความว่าการแผ่รังสีของมันซึ่งเริ่มมีอุณหภูมิสีสูงจะลดน้อยลงและแดงขึ้นตามกาลเวลา เป็นเวลานานมากดาวแคระขาวจะเย็นตัวลงและวัสดุของมันจะเริ่มตกผลึกโดยเริ่มจากแกนกลาง ของดาวหมายถึงอุณหภูมิต่ำมันจะไม่ปล่อยความร้อนอย่างมีนัยสำคัญหรือแสงและมันจะกลายเป็นเย็นแคระสีดำ [5]เนื่องจากระยะเวลาที่ดาวแคระขาวจะมาถึงสถานะนี้นานกว่าอายุปัจจุบันของเอกภพ (ประมาณ 13.8 พันล้านปี) [9]จึงคิดว่ายังไม่มีดาวแคระดำอยู่ [1] [4]ที่เก่าแก่ที่สุดดาวแคระขาวยังคงเปล่งประกายที่อุณหภูมิไม่กี่พันเคลวิน

ดาวแคระขาวค้นพบครั้งแรกอยู่ในระบบดาวสามของ40 Eridaniซึ่งมีค่อนข้างสดใสลำดับหลักดาว40 Eridani , โคจรในระยะไกลโดยใกล้ชิดระบบเลขฐานสองของสีขาวแคระ40 Eridani Bและลำดับหลัก แคระแดง 40 เอริดานิค . คู่ 40 Eridani B / C ถูกค้นพบโดยWilliam Herschelเมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2326 [10]ในปี พ.ศ. 2453 Henry Norris Russell , Edward Charles PickeringและWilliamina Fleming ได้ค้นพบว่าแม้จะเป็นดาวสลัว แต่ 40 Eridani B เป็นสเปกตรัมชนิด A หรือสีขาว [11]ในปีพ. ศ. 2482 รัสเซลมองย้อนกลับไปเกี่ยวกับการค้นพบ: [3] : 1

ฉันไปเยี่ยมเพื่อนและผู้มีพระคุณที่ใจดีศาสตราจารย์เอ็ดเวิร์ดซีพิกเคอริง ด้วยความเมตตาที่มีลักษณะเฉพาะเขาจึงอาสาที่จะสังเกตการณ์สเปกตรัมของดวงดาวทั้งหมดรวมถึงดาวเปรียบเทียบซึ่งได้รับการสังเกตในการสังเกตการณ์เกี่ยวกับพารัลแลกซ์ที่เป็นดาวฤกษ์ซึ่ง Hinks และฉันทำที่เคมบริดจ์และฉันได้พูดคุยกัน งานประจำที่เห็นได้ชัดชิ้นนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเกิดผลอย่างมาก - นำไปสู่การค้นพบว่าดาวทุกดวงที่มีขนาดสัมบูรณ์ที่จางมากเป็นชั้นสเปกตรัม M ในการสนทนาเกี่ยวกับเรื่องนี้ (ขณะที่ฉันจำได้) ฉันถามพิกเคอริงเกี่ยวกับดาวจาง ๆ ดวงอื่น ๆ ไม่อยู่ในรายชื่อของฉันโดยกล่าวถึง 40 Eridani B. ลักษณะเฉพาะเขาส่งบันทึกไปยังสำนักงานหอดูดาวและไม่นานคำตอบก็มา (ฉันคิดจากนางเฟลมมิง) ว่าสเปกตรัมของดาวดวงนี้คือ A ฉันรู้เพียงพอเกี่ยวกับ แม้ในยุค Paleozoic เหล่านี้จะตระหนักได้ทันทีว่ามีความไม่สอดคล้องกันอย่างมากระหว่างสิ่งที่เราเรียกว่า "เป็นไปได้" ของค่าความสว่างและความหนาแน่นของพื้นผิว ฉันต้องแสดงให้เห็นว่าฉันไม่เพียง แต่งงงวย แต่ยังหงอนด้วยข้อยกเว้นนี้สำหรับสิ่งที่ดูเหมือนกฎของลักษณะดาวฤกษ์ที่สวยมาก แต่พิกเคอริงยิ้มให้ฉันและพูดว่า: "เป็นเพียงข้อยกเว้นเหล่านี้เท่านั้นที่นำไปสู่ความก้าวหน้าในความรู้ของเรา" ดังนั้นดาวแคระขาวจึงเข้าสู่ขอบเขตแห่งการศึกษา!

ประเภทสเปกตรัม 40 Eridani B ได้รับการอธิบายอย่างเป็นทางการในปี 1914 โดยวอลเตอร์อดัมส์ [12]

สหายดาวแคระขาวของซิเรียส , Sirius  B, เป็นคนถัดไปที่จะค้นพบ ในช่วงศตวรรษที่สิบเก้าการวัดตำแหน่งของดาวบางดวงมีความแม่นยำเพียงพอที่จะวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตำแหน่งของพวกมัน Friedrich Besselใช้การวัดตำแหน่งเพื่อตรวจสอบว่าดาว Sirius (α Canis Majoris) และProcyon (α Canis Minoris) มีการเปลี่ยนตำแหน่งเป็นระยะ ในปีพ. ศ. 2387 เขาทำนายว่าดาวทั้งสองมีสหายที่มองไม่เห็น: [13]

ถ้าเราถือว่าซิเรียสและโพรซีออนเป็นดาวคู่การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนไหวของพวกเขาจะไม่ทำให้เราประหลาดใจ เราควรรับทราบตามความจำเป็นและตรวจสอบจำนวนเงินของพวกเขาด้วยการสังเกตเท่านั้น แต่แสงไม่ใช่สมบัติที่แท้จริงของมวล การมีอยู่ของดวงดาวที่มองเห็นได้นับไม่ถ้วนไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่มีอะไรเทียบได้กับการดำรงอยู่ของดาวที่มองไม่เห็น

Bessel ประมาณระยะเวลาของสหายของ Sirius ประมาณครึ่งศตวรรษ; [13] ซีเอเอฟปีเตอร์สคำนวณวงโคจรของมันในปี พ.ศ. 2394 [14]จนกระทั่งวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2405 อัลวานเกรแฮมคลาร์กสังเกตเห็นดาวที่มองไม่เห็นก่อนหน้านี้ใกล้กับซิเรียส [14] วอลเตอร์อดัมส์ประกาศในปีพ. ศ. 2458 ว่าเขาพบว่าสเปกตรัมของซิเรียสบีมีความคล้ายคลึงกับซิเรียส [15]

ในปีพ. ศ. 2460 Adriaan van Maanen ได้ค้นพบดาวของ Van Maanenซึ่งเป็นดาวแคระขาวที่โดดเดี่ยว [16]ทั้งสามดาวแคระขาวที่ค้นพบครั้งแรกเป็นสิ่งที่เรียกว่าดาวแคระขาวคลาสสิก [3] : 2ในที่สุดก็พบดาวสีขาวจาง ๆ จำนวนมากซึ่งมีการเคลื่อนที่ที่เหมาะสมสูงซึ่งบ่งชี้ว่าพวกเขาอาจต้องสงสัยว่าเป็นดาวที่มีความส่องสว่างต่ำใกล้โลกและด้วยเหตุนี้จึงเป็นดาวแคระขาว Willem Luytenดูเหมือนจะเป็นคนแรกที่ใช้คำว่าดาวแคระขาวเมื่อเขาตรวจสอบกลุ่มดาวนี้ในปีพ. ศ. 2465 [11] [17] [18] [19] [20]คำว่าเป็นที่นิยมในภายหลังโดยอาร์เธอร์สแตนลี่ย์ Eddington [11] [21]แม้จะมีข้อสงสัยเหล่านี้ แต่ยังไม่มีการระบุดาวแคระขาวที่ไม่ใช่คลาสสิกเป็นครั้งแรกจนถึงช่วงทศวรรษที่ 1930 ดาวแคระขาว 18 ดวงถูกค้นพบในปี 1939 [3] : 3 Luyten และคนอื่น ๆ ยังคงค้นหาดาวแคระขาวในปี 1940 2493 มีคนรู้จักมากกว่าร้อยคน[22]และในปี 2542 มีคนรู้จักมากกว่า 2,000 คน [23]ตั้งแต่นั้นมาการสำรวจ Sloan Digital Skyได้พบดาวแคระขาวมากกว่า 9,000 ดวงซึ่งส่วนใหญ่เป็นกลุ่มใหม่ [24]