¿Qué es una enana blanca?
Enana Blanca
La Enana Blanca es una estrella de baja luminosidad, alta densidad y alta temperatura. Debido a su color blanco y tamaño relativamente pequeño, fue nombrada enana blanca.
Algunas personas también creen que las predecesoras de las enanas blancas pueden ser las nebulosas planetarias.
Las enanas blancas son estrellas que han evolucionado hasta sus etapas posteriores. En las últimas etapas de la evolución estelar, se expulsa una gran cantidad de material. Después de una gran pérdida de masa, si la masa del núcleo restante es inferior a 1,44 masas solares, la estrella puede evolucionar hasta convertirse en una enana blanca. En cuanto a la formación de enanas blancas, algunas personas también creen que las predecesoras de las enanas blancas pueden ser las nebulosas planetarias (un material en forma de anillo o de disco en el universo compuesto de gas de alta temperatura, una pequeña cantidad de polvo, etc. y generalmente hay una estrella de muy alta temperatura en su centro ──La estrella central), su energía nuclear se ha agotado básicamente y toda la estrella comienza a enfriarse y cristalizarse lentamente hasta que finalmente "muere".
Las enanas blancas tienen las siguientes características:
(1) De pequeño tamaño, su radio es cercano al radio del planeta, inferior a 103 kilómetros de media.
(2) La luminosidad (la energía total irradiada por la estrella por segundo, es decir, el tamaño de la capacidad luminosa de la estrella) es muy pequeña, y es 103 veces más tenue en promedio que las estrellas normales.
(3) La masa es inferior a 1,44 masas solares.
(4) La densidad es tan alta como 106-107 g/cm3, y la aceleración gravitacional en su superficie es aproximadamente igual a 10 a 104 veces la aceleración gravitacional en la superficie terrestre. Si una persona pudiera alcanzar la superficie de una enana blanca, nunca se levantaría, porque la gravedad sobre ella es tan fuerte que sus huesos habrían sido aplastados por su propio peso.
(5) La temperatura superficial de las enanas blancas es muy alta, con una media de 103°C.
(6) El campo magnético de las enanas blancas alcanza entre 105 y 107.
Actualmente, se han observado y descubierto más de 1.000 enanas blancas. La estrella compañera de Sirio es la primera estrella enana blanca descubierta, y también es la estrella enana blanca más brillante jamás observada (estrella de magnitud 8). El catálogo de estrellas enanas blancas publicado en 1982 muestra que hay 488 estrellas enanas blancas en la Vía Láctea, y todas ellas son objetos cercanos, no lejos del sol. Según las estadísticas de observación, alrededor del 3% de las estrellas son enanas blancas, pero los análisis y cálculos teóricos creen que las enanas blancas deberían representar alrededor del 10% de todas las estrellas.
Una enana blanca es un cuerpo celeste muy especial. Es de tamaño pequeño y de bajo brillo, pero tiene una gran masa y una densidad extremadamente alta. Por ejemplo, la estrella compañera de Sirio (fue la primera estrella enana blanca descubierta) no es mucho más grande que la Tierra, ¡pero su masa es aproximadamente la misma que la del Sol! En otras palabras, su densidad es de unos 10 millones de toneladas/metro cúbico.
Basándose en el radio y la masa de la enana blanca, se puede calcular que su gravedad superficial es igual a entre 10 millones y mil millones de veces la de la superficie terrestre. Bajo una presión tan alta, ningún objeto deja de existir, e incluso los átomos quedan aplastados: los electrones se separan de las órbitas atómicas y se convierten en electrones libres.
Una enana blanca es una estrella en etapa tardía. Según la moderna teoría de la evolución estelar, las enanas blancas se forman en el centro de las estrellas gigantes rojas.
Cuando la región exterior de la gigante roja se expande rápidamente, el núcleo de helio se contrae fuertemente hacia adentro debido a la fuerza de reacción. El material comprimido continúa calentándose y, finalmente, la temperatura del núcleo superará los 100 millones de grados. el helio comienza a fusionarse en carbono.
Después de millones de años, el núcleo de helio se ha quemado y ahora la estructura de la estrella no es tan simple: la capa exterior sigue siendo una mezcla compuesta principalmente de hidrógeno y debajo hay una capa de helio; También hay una bola de carbono enterrada dentro de la capa de helio. El proceso de reacción nuclear se vuelve más complejo y la temperatura cerca del centro continúa aumentando, lo que eventualmente convierte el carbono en otros elementos.
Al mismo tiempo, comenzaron a producirse oscilaciones pulsantes inestables fuera de la gigante roja: el radio de la estrella a veces aumentaba y otras disminuía, y la estrella estable de la secuencia principal se convertía en una enorme bola de fuego extremadamente inestable dentro de la gigante roja. bola de fuego También se vuelve cada vez más inestable, a veces fuerte y a veces débil. En este momento, la densidad del núcleo de la estrella ha aumentado a unas diez toneladas por centímetro cúbico. Podemos decir que en este momento ha nacido una estrella enana blanca dentro de la gigante roja.
Sabemos que los átomos están compuestos de núcleos y electrones. La mayor parte de la masa del átomo se concentra en el núcleo, y el volumen del núcleo es muy pequeño. Por ejemplo, el radio de un átomo de hidrógeno es una cienmillonésima de centímetro, mientras que el radio del núcleo de hidrógeno es sólo una diezbillonésima de centímetro. Si el núcleo fuera del tamaño de una bola de cristal, la órbita del electrón estaría a dos kilómetros de distancia.
Bajo la enorme presión, los electrones se desprenderán del núcleo y se convertirán en electrones libres. Este gas de electrones libres ocupará los espacios entre los núcleos atómicos tanto como sea posible, de modo que la cantidad de material contenido en la unidad de espacio aumentará considerablemente y la densidad aumentará considerablemente. En sentido figurado, en este momento el núcleo está "sumergido" en electrones.
Este estado de la materia se denomina generalmente "estado degenerado". El equilibrio entre la presión del gas de electrones degenerado y la fuerte gravedad de la enana blanca mantiene la estabilidad de la enana blanca. Por cierto, cuando la masa de la enana blanca aumenta aún más, es posible que la presión del gas de electrones degenerado no pueda resistir su propia contracción gravitacional, y la enana blanca colapsará en un objeto de mayor densidad: una estrella de neutrones o una agujero negro.
Las enanas blancas son objetos celestes producidos al final de la evolución estelar. Estas estrellas no pueden sostener reacciones de fusión nuclear, por lo que después de evolucionar a la etapa de gigante roja a través de un destello de helio, expulsarán sus capas exteriores para formar nebulosas planetarias, dejando atrás un núcleo de alta densidad producido por fusión nuclear, que es una enana blanca.
Debido a la falta de una fuente de energía, las enanas blancas liberarán gradualmente energía térmica para brillar y enfriarse. Su núcleo se basa en la repulsión de los electrones para resistir la gravedad y su densidad puede alcanzar las diez toneladas por centímetro cúbico. La repulsión de los electrones no es suficiente para sustentar una estrella enana blanca con más de 1,4 veces la masa del Sol. La gravedad de la capa exterior colapsará aún más la estrella hasta convertirla en una estrella de neutrones o un agujero negro. Este proceso suele ir acompañado de explosiones de supernovas.
La liberación de energía hará que la estrella se enfríe gradualmente, la temperatura de la superficie disminuirá gradualmente y el color de la estrella también cambiará en consecuencia. Después de cientos de miles de millones de años, la enana blanca se enfriará hasta el punto en que ya no podrá emitir luz y se convertirá en una enana negra. Pero en general se acepta que el universo no tiene la edad suficiente (15 mil millones de años) para que una enana blanca haya evolucionado hasta esta etapa.
Formación
Las enanas blancas son el punto final del camino evolutivo de las estrellas de masa baja a media. Al final de la etapa de gigante roja, el centro de la estrella dejará de producir energía debido a temperatura y presión insuficientes o la fusión nuclear alcanza la etapa de hierro (la producción de elementos más pesados que el hierro no puede producir energía, pero requiere absorción de energía). La gravedad de la capa exterior de la estrella la comprime, creando un objeto denso.
Una enana blanca típica, estable e independiente tiene aproximadamente la mitad de la masa del Sol y es ligeramente más grande que la Tierra. Esta densidad es superada sólo por las estrellas de neutrones y las estrellas de quarks. Si la masa de la enana blanca excede 1,4 veces la masa del Sol, la repulsión de carga entre los núcleos no es suficiente para resistir la gravedad y los electrones serán presionados hacia el núcleo para formar una estrella de neutrones.
El proceso de evolución de la mayoría de las estrellas incluye una etapa de enana blanca. Debido a que muchas estrellas expulsan sus capas exteriores a través de novas o explosiones de supernovas, algunas estrellas ligeramente más masivas pueden eventualmente evolucionar hacia enanas blancas.
En un sistema binario o multiestelar, debido al intercambio de materia interestelar, el proceso de evolución de la estrella puede ser diferente al de una sola estrella. Por ejemplo, la estrella compañera de Sirio es una. antigua estrella enana blanca de aproximadamente una masa solar, pero Sirio es una estrella de secuencia principal de aproximadamente 2,3 masas solares.
Espiral de enana blanca
En un sistema estelar binario muy famoso llamado J0806, a unos 1.600 años luz de distancia, dos densas enanas blancas giran en sus respectivas órbitas cada 321 segundos. El análisis de los datos de rayos X realizado por astrónomos del Observatorio Chandra refuta una opinión ya impresionante: los cortos períodos orbitales de las dos enanas blancas se encuentran en un estado estable y, a medida que se acercan en espiral, más cortos son los ciclos. Aunque son dos estrellas separadas por 80.000 kilómetros (la distancia entre la Tierra y la Luna es de 400.000 kilómetros), están destinadas a fusionarse. Según el punto de vista de este artista, el motivo de la destrucción en espiral del famoso sistema J0806 es exactamente lo que predice la teoría de la relatividad de Einstein: la enana blanca acaba perdiendo su energía orbital debido a la influencia de las ondas gravitacionales. De hecho, J0806 puede ser una de las fuentes de ondas gravitacionales más brillantes de nuestra galaxia, que puede ser capturada directamente por futuras herramientas de ondas gravitacionales instaladas en el espacio.