Белые карлики

Сама структура красного гиганта - вырожденное ядро в центре и раздувающаяся оболочка - подсказывает, как рождается белый карлик. Если звезда сбросит оболочку, то остаток будет иметь параметры белого карлика.

В 50-х годах И.С. Шкловский обратил внимание на так называемые планетарные туманности (ПТ). Что о них известно? ПТ часто имеют весьма правильную кольцевую форму (рис. 48). Реальная трехмерная структура ПГ представляет собой сферический слой.*

Почему же ПТ видны как кольца? Дело в том, что когда мы смотрим, скажем, в центр туманности, то из-за крайней разреженности газа на луче зрения оказывается небольшое количество атомов, и мы их просто не видим. Если смотреть на край туманности, то в этом случае вдоль луча зрения набегает уже заметное количество атомов, достаточное для того, чтобы их можно было увидеть. Поэтому ПТ видны как кольца.

Количество ПТ в Галактике оценивается ~ 5×10³ штук. Исследования показали, что ПТ расширяются с характерными скоростями порядка 10¸30 км×с^-1. Размеры их в пределах одного парсека. Радиус самой большой туманности (она изображена на рис. 48) 3 пс. Отсюда следует, что возраст этих объектов мал, не превосходит примерно 10⁵ лет. Через несколько десятков тысяч лет наблюдаемые сегодня туманности рассеются и станут невидимыми. Следовательно, ПГ не могли образоваться в момент формирования Галактики. Они должны рождаться и в наше время.

В центре ПТ, как правило, видны горячие звездочки с поверхностной температурой, достигающей 100 тысяч градусов. Известна ПТ, ядро которой имеет температуру 200 тысяч градусов.

Из сказанного вырисовывается следующая картина образования ПТ. В своей "ранней молодости" ПГ являют собой протяженную атмосферу красного гиганта. Затем в некоторый момент времени звезда сбрасывает оболочку, которая, расширяясь, удаляется от нее и наблюдается как ПТ. В центре остается звезда. Поскольку при сбросе атмосферы обнажаются внутренние слои звезды, то она должна быть заметно горячее, чем другие звезды, что и наблюдается. При К тепловая скорость частиц км×с^-1. С другой стороны, при массе звезды в параболическая скорость на расстоянии от нее порядка радиуса орбиты Земли (что соответствует размерам предку туманности), как мы знаем, также . Следовательно, такая оболочка находится в весьма неустойчивом состоянии. Достаточно небольшого толчка, чтобы она была сброшена. Какие же причины приводят к сбросу оболочки? По-видимому, таких причин несколько. Одна из них - раскачка пульсаций звезды. Подчеркнем еще раз, что сброс ПТ - это спокойный процесс. Расширение оболочки происходит с характерной тепловой скоростью.

Рассматривая модель строения красного гиганта, мы видели, что в центре него располагается ядро с параметрами, типичными для белых карликов. Следовательно, после сброса ПТ из красного гиганта рождаются белые карлики, именно такой сценарий рождения БК и предложил Шкловский.

Итак, основные этапы эволюции звезд умеренной массы представляются следующими. В процессе горения водорода звезда "сидит" на главной последовательности. После исчерпания водородного горючего она раздувается, переходя в стадию красного гиганта. Затем, сбросив планетарную туманность, на заключительном этапе эволюции превращается в белый карлик. Эволюционный трек такой звезды на диаграмме спектр-светимость схематически изображен на рис. 49.

Что ждет наше Солнце? Как показывают расчеты, время пребывания его на ГП порядка 10 млрд. лет. Согласно оценкам возраст Солнца около 6 млрд. дет. Следовательно, примерно через 4 млрд. лет Солнце превратиться в белый карлик. Поскольку после сброса ПТ температура Солнца резко подскочит до нескольких десятков тысяч градусов, то поднимется примерно до 10³ K температура Земли. Затем в процессе остывания Солнца температура будет падать почти до абсолютного нуля.

В заключение несколько слов о ПТ. Когда впервые были получены их спектры, то обнаружилось, что они содержат неизвестные линии. Эти линии приписывались гипотетическому газу небулию. Однако впоследствии исследования показали, что они принадлежат хорошо известному дважды ионизированному кислороду, но соответствуют так называемым запрещенным переходам. Это такие переходы электронов в атомах, которые крайне маловероятны. В земных условиях такие переходы не реализуются, так как из-за малой вероятности перехода атом раньше столкнется с другим атомом и передаст ему избыточную энергию. В ПТ такие переходы из-за чрезвычайной разреженности вещества оказываются возможными. Можно сказать, что ПТ сыграли роль своеобразных лабораторий, с помощью которых удалось глубже проникнуть в тайны строения атомов.