Home » Articole » Articole » Știință » Astronomie » Moartea stelelor de dimensiuni mai mici decât Soarele – Stele degenerative

Moartea stelelor de dimensiuni mai mici decât Soarele – Stele degenerative

postat în: Astronomie 0

Stelele mor cu o bubuitură sau un scâncet? În cele două capitole precedente, am urmărit povestea vieții stelelor, de la procesul nașterii până la pragul morții. Acum suntem pregătiți să explorăm modurile în care stelele își pun capăt vieții. Mai devreme sau mai târziu, fiecare stea își epuizează depozitul de energie nucleară. Fără o sursă de presiune internă care să echilibreze greutatea straturilor de deasupra, fiecare stea cedează în cele din urmă loc forței inexorabile a gravitației și se prăbușește sub propria greutate.

Urmând distincția grosieră făcută în ultimul capitol, vom discuta separat despre evoluția la sfârșitul vieții a stelelor cu masă mai mică și mai mare. Ceea ce determină rezultatul — bubuitul sau scâncetul — este masa stelei când aceasta este gata să moară, nu masa cu care s-a născut. După cum am observat în ultimul capitol, stelele pot pierde o cantitate semnificativă de masă la vârsta mijlocie și când sunt în vârstă.

NGC 3603 și norul său părinte
Credit: NASA, Wolfgang Brandner (JPL/IPAC), Eva K. Grebel (Universitatea din Washington), You-Hua Chu (Universitatea din Illinois Urbana-Champaign)

(Ciclul de viață stelar. Această imagine remarcabilă a lui NGC 3603, o nebuloasă din galaxia Calea Lactee, a fost făcută cu telescopul spațial Hubble. Această imagine ilustrează ciclul de viață al stelelor. În jumătatea de jos a imaginii, vedem nori de praf și gaz, unde este probabil ca formarea stelelor să aibă loc în viitorul apropiat. Aproape de centru, există un grup de stele tinere masive, fierbinți, care au doar câteva milioane de ani. Deasupra și în dreapta clusterului, există o stea izolată înconjurată de un inel de gaz. Perpendicular pe inel și pe ambele părți ale acestuia, există două pete de gaz albăstrui. Inelul și petele au fost aruncate de stea, care se apropie de sfârșitul vieții sale.)

Să începem cu acele stele a căror masă finală chiar înainte de moarte este mai mică de aproximativ 1,4 ori masa Soarelui (MSoare). (Vom explica de ce această masă este linia de despărțire crucială într-un moment.) Rețineți că majoritatea stelelor din univers se încadrează în această categorie. Numărul de stele scade pe măsură ce masa crește; stelele cu adevărat masive sunt rare (vezi Stelele: un recensământ celest). Acest lucru este similar cu problema din muzică în care doar câțiva muzicieni devin vreodată superstaruri. În plus, multe stele cu o masă inițială mult mai mare de 1,4 MSoare vor fi reduse la acel nivel până când vor muri. De exemplu, știm acum că stelele care încep cu mase de cel puțin 8,0 MSoare (și posibil până la 10 MSoare) reușesc să piardă suficientă masă în timpul vieții pentru a se încadra în această categorie (o realizare pentru oricine a încercat vreodată să piardă în greutate, ar invidia cu siguranță).

În ultimul capitol, am părăsit povestea vieții unei stele cu o masă ca a Soarelui, imediat după ce a urcat pentru a doua oară în regiunea giganților roșii a diagramei H–R și a renunțat la unele dintre straturile sale exterioare pentru a forma o nebuloasă planetară. Amintiți-vă că în acest timp, nucleul stelei trecea printr-o „criză energetică”. Mai devreme în viața sa, într-o scurtă perioadă stabilă, heliul din miez devenise suficient de fierbinte pentru a fuziona în carbon (și oxigen). Dar după ce acest heliu a fost epuizat, miezul stelei se trezise din nou fără o sursă de presiune care să echilibreze gravitația și astfel începuse să se contracte.

Acest colaps este evenimentul final din viața nucleului. Deoarece masa stelei este relativ scăzută, ea nu poate atinge temperatura centrală suficient de ridicată pentru a începe o altă rundă de fuziune (în același mod pot proceda stelele cu masă mai mare). Miezul continuă să se micșoreze până când atinge o densitate egală cu aproape un milion de ori densitatea apei! Aceasta este de 200.000 de ori mai mare decât densitatea medie a Pământului. La această densitate extremă, apare un mod nou și diferit de a se comporta materia, și ajută steaua să atingă o stare finală de echilibru. În acest proces, ceea ce rămâne din stea devine una dintre ciudatele pitice albe pe care le-am întâlnit în Stelele: un recensământ celest.

Stele degenerate

Deoarece piticele albe sunt mult mai dense decât orice substanță de pe Pământ, materia din interiorul lor se comportă într-un mod foarte neobișnuit – spre deosebire de orice știm din experiența de zi cu zi. La această densitate mare, gravitația este incredibil de puternică și încearcă să micșoreze și mai mult steaua, dar toți electronii rezistă să fie împinși mai aproape unul de celălalt și să stabilească o presiune puternică în interiorul nucleului. Această presiune este rezultatul regulilor fundamentale care guvernează comportamentul electronilor (fizica cuantică, care vi s-a prezentat în Soarele: o centrală nucleară). Conform acestor reguli (cunoscute de fizicieni drept principiul excluderii Pauli), care au fost verificate în studiile atomilor în laborator, nu pot fi doi electroni în același loc în același timp care să facă același lucru. Specificăm locul unui electron prin poziția sa în spațiu și specificăm ce face prin mișcarea sa și felul în care se rotește.

Temperatura din interiorul unei stele este întotdeauna atât de ridicată încât atomii sunt lipsiți de practic toți electronii lor. Pentru cea mai mare parte a vieții unei stele, densitatea materiei este, de asemenea, relativ scăzută, iar electronii din stea se mișcă rapid. Aceasta înseamnă că niciunul dintre ei nu se va afla în același loc, mișcându-se exact în același mod în același timp. Dar totul se schimbă atunci când o stea își epuizează depozitul de energie nucleară și își începe colapsul final.

Pe măsură ce miezul stelei se contractă, electronii sunt strânși din ce în ce mai aproape unul de altul. În cele din urmă, o stea precum Soarele devine atât de densă încât o contracție ulterioară ar necesita de fapt ca doi sau mai mulți electroni să încalce regula împotriva ocupării aceluiași loc și a mișcării în același mod. Se spune că un astfel de gaz dens este degenerat (un termen inventat de fizicieni și care nu are legătură cu caracterul moral al electronului). Electronii dintr-un gaz degenerat rezistă la înghesuirea suplimentară cu o presiune extraordinară. (Este ca și cum electronii ar fi spus: „Puteți apăsa în interior tot ce doriți, dar pur și simplu nu este loc pentru ca alți electroni să se strecoare aici fără a încălca regulile existenței noastre.”)

Electronii degenerați nu necesită un aport de căldură pentru a menține presiunea pe care o exercită și astfel o stea cu acest tip de structură, dacă nimic nu o deranjează, poate dura în esență pentru totdeauna. (Rețineți că forța de respingere dintre electronii degenerați este diferită de și mult mai puternică decât respingerea electrică normală dintre sarcinile care au același semn.)

Electronii dintr-un gaz degenerat se mișcă, la fel ca și particulele din orice gaz, dar nu cu multă libertate. Un anumit electron nu poate schimba poziția sau impulsul până când un alt electron dintr-o etapă adiacentă nu iese din cale. Situația este cam ca în parcare după un mare meci de fotbal. Vehiculele sunt strâns împachetate, iar o anumită mașină nu se poate mișca până când cea din fața ei nu se mișcă, lăsând un spațiu gol de umplut.

Desigur, steaua pe moarte are și nuclee atomice în ea, nu doar electroni, dar se dovedește că nucleele trebuie comprimate la densități mult mai mari înainte ca natura lor cuantică să devină evidentă. Drept urmare, la piticele albe, nucleele nu prezintă presiune de degenerare. Prin urmare, în stadiul de pitică albă a evoluției stelare, presiunea degenerativă a electronilor, și nu a nucleelor, este cea care oprește colapsul nucleului.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2023 MultiMedia Publishing

Întreţinerea şi repararea calculatoarelor
Întreţinerea şi repararea calculatoarelor

Manual pentru începători pentru întreţinerea şi depanarea calculatoarelor, cu o introducere în noţiuni despre calculatoare, hardware, software (inclusiv sisteme de operare) şi securitatea pe Internet. Un calculator de uz general are patru componente principale: unitatea logică aritmetică (ALU), unitatea de … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $0.00 Selectează opțiunile
Electricitate și magnetism - Electromagnetism fenomenologic
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic

O introducere în lumea electricității și a magnetismului, explicată în principal fenomenologic, cu ajutorul unui aparat matematic minimal, și cu exemple și aplicații din viața reală. O prezentare compactă, clară și precisă a unui domeniu care reprezintă o parte importantă … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99$8.81 Selectează opțiunile
De ce (nu) suntem fericiți?
De ce (nu) suntem fericiți?

Fericirea este un concept fuzzy. Ea poate fi definită în termeni de a trăi o viață bună sau de a înflori, mai degrabă decât de a experimenta o emoție. Fericirea în acest sens a fost folosită pentru a traduce eudaimonia … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $2.99$3.99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *