Milijarde godina od ovog trenutka, kad je sunce u posljednjem naletu smrti (to jest, nakon što je već isparavalo Zemlju), njegova će se helijeva jezgra urušiti u sebe, prosipajući se u čvrsto stisnutu kuglu užarenog plina zvanu bijeli patuljak ,
No, dok ovi zvjezdani nadgrobni spomenici već točkicu našeg galaktičkog krajolika, njihov interijer ostaje zagonetka u fizici - što i ne čudi s obzirom na to koliko su čudni.
Nedavno je par istraživača stvorio sofisticirani model za "pregled" unutrašnjosti bijelog patuljaka. I pogodi što? Ove bi kozmičke odbojnice mogle sramiti zemaljske tartufe, jer čini se da su u njima kremasti centri puni egzotičnih kvantnih tekućina.
Nekada ponosna zvijezda
Zvijezde poput našeg sunca dobivaju energiju topljenjem vodika u helij duboko u svojim jezgrama. Ovo stvaranje energije ne može trajati vječno - na kraju, raspoloživi vodik nestane i tulum prestaje. Ali pred kraj života, zvijezde mogu nakratko upaliti svjetla spaljivanjem helija, ostavljajući iza sebe inertnu, mrtvu jezgru ugljika i kisika.
Ali malene zvijezde poput našeg sunca nemaju dovoljno gravitacijskog ooma da spajaju ugljik i kisik u sve teže elemente poput magnezija ili željeza i tako umiru, pretvarajući se iznutra i oslobađajući atmosferu u prekrasnu (ili goru, ovisno o vašem gledište) planetarna maglina.
Ta jezgra ugljika i kisika ostaje iza, značajan dio mase zvijezde zaključan je u jezgri ne većoj od Zemlje. Kada su astronomi prvi put otkrili ove čudne objekte - danas poznate kao bijeli patuljci - mislili su da su nemogući, s izračunatom gustoćom koja je naviše veća od milijardu puta veće od zraka koji udišemo. Kako bi nešto moglo imati tako ekstremnu gustoću, a ne da se jednostavno srušilo pod svojom strašnom težinom?
Ali bijeli patuljci nisu nemogući, a teorijski uvidi početkom 20. stoljeća riješili su misteriju kako bijeli patuljci mogu postojati. Odgovor je stigao u obliku kvantne mehanike, a spoznaja da je priroda pri velikim gustoćama, najjednostavnije rečeno, vrlo čudna. Kod bijelih patuljaka unutra se može spakirati samo određeni broj elektrona. Budući da se ovi okrećući elektroni međusobno odbijaju, zajedno stvaraju dovoljan pritisak da mrtve zvijezde budu balonirane podnoseći čak i gotovo ogromne sile gravitacije.
I tako zvjezdani leševi mogu živjeti trilijune godina.
Centri ispunjeni kremom
Dok su ovi rani proračuni pokazali kako bijeli patuljci mogu postojati u našem svemiru, astrofizičari su znali da jednostavni opisi neće u potpunosti zabilježiti ono što se događa u tako egzotičnim jezgrama. Uostalom, ovo je stanje materije koje je laboratorijima i eksperimentima ovdje na Zemlji potpuno nepristupačno - tko zna u koje bi se čudne igre priroda mogla upasti duboko u ta mrtva srca?
Fizičari i astronomi već se desetljećima pitaju o unutrašnjosti bijelih patuljaka, a u nedavnom članku koji se pojavljuje na časopisu za tisak arXiv, par ruskih teorijskih fizičara predložio je novi model dubokih jezgara u bijelim patuljcima, detaljno opisujući kako njihov se model nadograđuje i odstupa od ranijih radova te kako promatrači mogu potencijalno odrediti je li njihov novi model točan.
U ovom novom modelu znanstvenici su simulirali jezgru bijelog patuljka sastavljenu od samo jedne vrste teških nabijenih jezgara (to nije u potpunosti točno, jer su bijeli patuljci mješavina nekoliko elemenata poput ugljika i kisika, ali to je dovoljno dobro polazište), s tim česticama uronjenim u gustu juhu elektrona.
Ova postavka pretpostavlja da su bijeli patuljci dovoljno topli da imaju tekući interijer, što je razumna pretpostavka, s obzirom da kada se rode (tačnije, kad su napokon izloženi nakon smrti zvijezda domaćina), imaju temperaturu dobro više od milijun stupnjeva kelvina.
Vanjski slojevi bijelog patuljka izloženi su hladnom okruženju čistog vakuuma, što omogućuje vodiku da se taloži na površini, pružajući im laganu, tanku atmosferu. I u ekstremnim vremenima, bijeli patuljci se ohlade, na kraju tvore divovski kristal, ali to je dovoljno dugo da su veći dio bijelih patuljaka ispunjeni egzotičnom kvantnom tekućinom ugljika i kisika, tako da je model korišten u ovoj studiji razmjerno precizan za veliki vijek trajanja bijelog patuljka.
Površine potpisa
Budući da crijeva bijelog patuljka predstavljaju jedno od najneobičnijih okruženja u svemiru, njihovo proučavanje moglo bi otkriti neka duboka svojstva kvantne mehanike u ekstremnim uvjetima. Ali budući da se znanstvenici nikada ne mogu nadati da će se uže u obližnji bijeli patuljak dovesti u njega za vivisekciju, kako ćemo uopće moći pogledati ispod haube?
Istraživači novog modela pokazali su kako svjetlost koju zrače bijeli patuljci može biti različita toplina. Bijeli patuljci sami ne stvaraju toplinu; njihove intenzivne temperature posljedica su ekstremnih gravitacijskih pritisaka s kojima su se suočavali kad su bili u zvijezdama. Ali jednom kad zvijezda njihova domaćina ispuše i oni su izloženi svemiru, oni blistaju intenzivno - u prvih nekoliko tisuća godina nakon svog velikog otkrića, toliko su vrući da emitiraju rendgensko zračenje.
Ali oni se hlade, i to tako sporo, propuštajući toplinu kao zračenje u svemir. I gledamo bijele patuljke dovoljno dugo da ih možemo vidjeti kako se hlade tijekom godina i desetljeća. Koliko se brzo ohlade, ovisi o tome koliko učinkovito njihova zarobljena toplina može isplivati na njihove površine - što zauzvrat ovisi o točnoj prirodi njihovih crijeva.
Još jedna značajka koju su istraživači pokazali da bi se mogla koristiti za sondiranje unutar bijelih patuljaka jest njihova tako lagana zaluđenost. Sve do načina na koji seizmografija koristi za proučavanje jezgre Zemlje, sastav i karakter bijelog patuljaka mijenja način na koji će se vibracije prikazati na površini.
I na kraju, možemo upotrijebiti populaciju bijelih patuljaka kako bismo dobili nagovještaj o njihovoj unutrašnjosti, jer odnos između njihovih masa i njihove veličine ovisi o preciznim kvantno-mehaničkim odnosima koji upravljaju njihovim unutrašnjostima.
Novo istraživanje sugerira da bi se većina bijelih patuljaka trebala hladiti brže nego što smo mislili, vibrirati nešto rjeđe nego što to sugeriraju stariji modeli i biti nešto veća od očekivane nego da nismo uzeli u obzir ovaj realističniji model. Sada je astronomima dovoljno precizno izvršiti mjerenja da vide razumijemo li zaista ta egzotična okruženja ili trebamo li napraviti još jednu pukotinu u tome.
- 8 načina na koje možete vidjeti Einsteinovu teoriju relativnosti u stvarnom životu
- 11 fascinantnih činjenica o našoj galaksiji Mliječni put
- 11 najvećih neodgovorenih pitanja o tamnoj materiji
Paul M. Sutter je astrofizičar na Državno sveučilište Ohio, domaćin Pitajte svemira i Svemirski radio, i autor Vaše mjesto u svemiru.
