B altoji nykštukė yra gana įprasta mūsų erdvėje žvaigždė. Mokslininkai tai vadina žvaigždžių evoliucijos rezultatu, galutiniu vystymosi etapu. Iš viso yra du žvaigždės kūno modifikacijos scenarijai, vienu atveju paskutinė stadija – neutroninė žvaigždė, kitu – juodoji skylė. Nykštukai yra paskutinis evoliucijos žingsnis. Aplink juos yra planetų sistemos. Mokslininkai galėjo tai nustatyti ištyrę metalu prisodrintus pavyzdžius.
Fonas
B altosios nykštukės yra žvaigždės, kurios astronomų dėmesį patraukė 1919 m. Pirmą kartą tokį dangaus kūną aptiko mokslininkas iš Nyderlandų Maanenas. Savo laikui specialistas padarė gana netipišką ir netikėtą atradimą. Nykštukas, kurį pamatė, atrodė kaip žvaigždė, tačiau buvo nestandartinių mažų dydžių. Tačiau spektras buvo tarsi masyvus ir didelis dangaus kūnas.
Tokio keisto reiškinio priežastys jau seniai traukė mokslininkus, todėl buvo įdėta daug pastangų tiriant b altųjų nykštukų sandarą. Proveržis buvo pasiektas, kai jie išreiškė ir įrodė prielaidą apie įvairių metalinių konstrukcijų gausą dangaus kūno atmosferoje.
Būtina paaiškinti, kad metalai astrofizikoje yra visų rūšių elementai, kurių molekulės yra sunkesnės už vandenilį, helią, o jų cheminė sudėtis yra progresyvesnė nei šių dviejų junginių. Helis, vandenilis, kaip pavyko nustatyti mokslininkams, mūsų visatoje yra labiau paplitę nei bet kurios kitos medžiagos. Remiantis tuo, buvo nuspręsta visa kita priskirti metalams.
Temos kūrimas
Nors b altosios nykštukės, kurių dydis labai skiriasi nuo Saulės, pirmą kartą buvo pastebėtos dvidešimtajame dešimtmetyje, tik po pusės amžiaus žmonės atrado, kad metalinių struktūrų buvimas žvaigždžių atmosferoje nėra tipiškas reiškinys. Kaip paaiškėjo, patekusios į atmosferą, be dviejų dažniausiai pasitaikančių medžiagų, sunkesnių, jos išstumiamos į gilesnius sluoksnius. Sunkiosios medžiagos, esančios tarp helio, vandenilio molekulių, galiausiai turi persikelti į žvaigždės šerdį.
Šiam procesui buvo keletas priežasčių. B altosios nykštukės spindulys nedidelis, tokie žvaigždžių kūnai labai kompaktiški – ne veltui jie gavo savo vardą. Vidutiniškai spindulys yra panašus į Žemės, o svoris panašus į žvaigždės, apšviečiančios mūsų planetų sistemą, svorį. Toks matmenų ir svorio santykis sukelia išskirtinai didelį gravitacinį paviršiaus pagreitį. Vadinasi, sunkiųjų metalų nusėdimas vandenilio ir helio atmosferoje įvyksta tik praėjus kelioms Žemės dienoms po to, kai molekulė patenka į bendrą dujinę masę.
Ypatybės ir trukmė
Kartais b altųjų nykštukų savybėsyra tokie, kad sunkiųjų medžiagų molekulių nusėdimo procesas gali būti atidėtas ilgam. Stebėtojo iš Žemės požiūriu palankiausi variantai yra procesai, trunkantys milijonus, dešimtis milijonų metų. Tačiau tokie laiko tarpai yra ypač trumpi, palyginti su paties žvaigždės kūno gyvavimo trukme.
B altosios nykštukės evoliucija tokia, kad daugumai šiuo metu žmogaus stebimų darinių jau yra keli šimtai milijonų Žemės metų. Jei palyginsime tai su lėčiausiu metalų įsisavinimo procesu branduolyje, skirtumas yra daugiau nei reikšmingas. Todėl metalo aptikimas tam tikros stebimos žvaigždės atmosferoje leidžia tvirtai daryti išvadą, kad kūnas iš pradžių neturėjo tokios atmosferos sudėties, kitaip visi metalo inkliuzai jau seniai būtų išnykę.
Teorija ir praktika
Aukščiau aprašyti stebėjimai, taip pat per daugelį dešimtmečių surinkta informacija apie b altąsias nykštukus, neutronines žvaigždes, juodąsias skyles rodo, kad atmosfera gauna metalinių inkliuzų iš išorinių š altinių. Mokslininkai pirmiausia nusprendė, kad tai yra terpė tarp žvaigždžių. Dangaus kūnas juda per tokią materiją, kaupia terpę ant savo paviršiaus, taip praturtindamas atmosferą sunkiais elementais. Tačiau tolesni stebėjimai parodė, kad tokia teorija yra nepagrįsta. Kaip patikslino ekspertai, jei taip pasikeistų atmosfera, nykštukas daugiausia vandenilio gautų iš išorės, nes terpę tarp žvaigždžių didžiąją dalį sudarė vandenilis irhelio molekulės. Tik nedidelė dalis terpės yra sunkieji junginiai.
Jei teorija, sudaryta iš pirminių b altųjų nykštukų, neutroninių žvaigždžių, juodųjų skylių stebėjimų, pasiteisintų, nykštukės sudarytų iš vandenilio kaip lengviausio elemento. Tai neleistų egzistuoti net helio dangaus kūnams, nes helis yra sunkesnis, o tai reiškia, kad vandenilio akrecija jį visiškai paslėptų nuo išorinio stebėtojo akies. Remdamiesi helio nykštukų buvimu, mokslininkai padarė išvadą, kad tarpžvaigždinė terpė negali būti vienintelis ir net pagrindinis metalų š altinis žvaigždžių kūnų atmosferoje.
Kaip paaiškinti?
Praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje juodąsias skyles, b altąsias nykštukus tyrę mokslininkai teigė, kad metalų inkliuzus galima paaiškinti kometų kritimu ant dangaus kūno paviršiaus. Tiesa, kažkada tokios idėjos buvo laikomos pernelyg egzotiškomis ir nesulaukė palaikymo. Taip buvo daugiausia dėl to, kad žmonės dar nežinojo apie kitų planetų sistemų buvimą – buvo žinoma tik mūsų „namų“Saulės sistema.
Svarbus žingsnis į priekį tiriant juodąsias skyles, b altąsias nykštukus, buvo padarytas kito, aštuntojo praėjusio amžiaus dešimtmečio pabaigoje. Mokslininkai savo žinioje turi ypač galingus infraraudonųjų spindulių instrumentus kosmoso gelmėms stebėti, kurie leido aptikti infraraudonąją spinduliuotę aplink vieną iš žinomų b altųjų nykštukų astronomų. Tai buvo atskleista būtent aplink nykštuką, kurio atmosferoje buvo metaloįtraukimas.
Infraraudonoji spinduliuotė, kuri leido įvertinti b altosios nykštukės temperatūrą, taip pat pasakė mokslininkams, kad žvaigždžių kūną supa kažkokia medžiaga, galinti sugerti žvaigždžių spinduliuotę. Ši medžiaga kaitinama iki tam tikros temperatūros, mažesnės nei žvaigždės. Tai leidžia palaipsniui nukreipti absorbuotą energiją. Spinduliuotė atsiranda infraraudonųjų spindulių diapazone.
Mokslas juda į priekį
B altosios nykštukės spektrai tapo pažangaus astronomų pasaulio tyrimo objektu. Kaip paaiškėjo, iš jų galite gauti gana daug informacijos apie dangaus kūnų ypatybes. Ypatingą susidomėjimą kėlė žvaigždžių kūnų, turinčių infraraudonųjų spindulių perteklius, stebėjimai. Šiuo metu pavyko nustatyti apie tris dešimtis tokio tipo sistemų. Pagrindinis jų procentas buvo tiriamas naudojant galingiausią Spitzer teleskopą.
Mokslininkai, stebėdami dangaus kūnus, nustatė, kad b altųjų nykštukų tankis yra žymiai mažesnis už šį milžinams būdingą parametrą. Taip pat buvo nustatyta, kad infraraudonųjų spindulių perteklius atsiranda dėl tam tikros medžiagos, galinčios sugerti energijos spinduliuotę, suformuotų diskų. Būtent jis tada spinduliuoja energiją, bet skirtingu bangų ilgio diapazonu.
Diskai yra išskirtinai arti ir tam tikru mastu paveikia b altųjų nykštukų masę (kuri negali viršyti Chandrasekhar ribos). Išorinis spindulys vadinamas detritaliniu disku. Manoma, kad jis susidarė naikinant kokį nors kūną. Vidutiniškai spindulys yra panašus į Saulės dydį.
Jei atkreiptumėte dėmesį į mūsų planetų sistemą, paaiškėtų, kad gana arti „namų“galime stebėti panašų pavyzdį – tai Saturną supantys žiedai, kurių dydis taip pat panašus į mūsų žvaigždė. Laikui bėgant mokslininkai išsiaiškino, kad ši savybė nėra vienintelė bendra nykštukams ir Saturnui. Pavyzdžiui, ir planeta, ir žvaigždės turi labai plonus diskus, kurie nėra permatomi, kai bando prasiskverbti pro šviesą.
Išvados ir teorijos raida
Kadangi b altųjų nykštukų žiedai yra panašūs į žiedus, kurie supa Saturną, tapo įmanoma suformuluoti naujas teorijas, paaiškinančias metalų buvimą šių žvaigždžių atmosferoje. Astronomai žino, kad žiedai aplink Saturną susidaro dėl potvynių ir atoslūgių kai kurių kūnų, kurie yra pakankamai arti planetos, kad būtų paveikti jos gravitacinio lauko. Esant tokiai situacijai, išorinis kūnas negali išlaikyti savo gravitacijos, todėl pažeidžiamas vientisumas.
Maždaug prieš penkiolika metų buvo pristatyta nauja teorija, kuri panašiai paaiškino b altųjų nykštukų žiedų susidarymą. Buvo manoma, kad iš pradžių nykštukas buvo žvaigždė planetų sistemos centre. Dangaus kūnas laikui bėgant vystosi, o tai trunka milijardus metų, išsipučia, netenka apvalkalo ir dėl to susidaro nykštukas, kuris palaipsniui atšąla. Beje, b altųjų nykštukų spalva paaiškinama būtent jų temperatūra. Kai kuriems žmonėms jis vertinamas 200 000 K.
Tokios evoliucijos metu planetų sistema gali išlikti, todėlišorinės sistemos dalies išsiplėtimas kartu su žvaigždės masės sumažėjimu. Dėl to susidaro didelė planetų sistema. Planetos, asteroidai ir daugelis kitų elementų išgyvena evoliuciją.
Kas toliau?
Sistemos pažanga gali sukelti jos nestabilumą. Tai veda prie planetą supančios erdvės bombardavimo akmenimis, o asteroidai iš dalies išskrenda iš sistemos. Tačiau kai kurie iš jų persikelia į orbitas, anksčiau ar vėliau atsidurdami nykštuko saulės spinduliu. Susidūrimai neįvyksta, tačiau potvynio jėgos sukelia kūno vientisumo pažeidimą. Tokių asteroidų spiečius įgauna formą, panašią į Saturną supančius žiedus. Taigi aplink žvaigždę susidaro šiukšlių diskas. B altosios nykštukės tankis (apie 10^7 g/cm3) ir jo nuolaužų disko tankis labai skiriasi.
Apibūdinta teorija tapo gana išsamiu ir logišku daugelio astronominių reiškinių paaiškinimu. Per jį galima suprasti, kodėl diskai yra kompaktiški, nes žvaigždės per visą jos egzistavimo laikotarpį negali būti apsuptas disko, kurio spindulys prilygsta saulės spinduliui, kitaip tokie diskai iš pradžių būtų jos kūno viduje.
Paaiškinus diskų susidarymą ir jų dydį, galima suprasti, iš kur atsiranda savotiškas metalų tiekimas. Jis gali atsidurti ant žvaigždės paviršiaus ir užteršti nykštuką metalo molekulėmis. Aprašyta teorija, neprieštaraudama atskleistiems b altųjų nykštukų vidutinio tankio rodikliams (maždaug 10^7 g/cm3), įrodo, kodėl žvaigždžių atmosferoje stebimi metalai, kodėl matuojama cheminė medžiaga.kompozicija žmogui galbūt prieinamomis priemonėmis ir dėl kokios priežasties elementų pasiskirstymas panašus į būdingą mūsų planetai ir kitiems tiriamiems objektams.
Teorijos: ar yra kokios nors naudos?
Apibūdinta idėja buvo plačiai naudojama kaip pagrindas paaiškinti, kodėl žvaigždžių kiautai yra užteršti metalais, kodėl atsirado nuolaužų diskai. Be to, iš to išplaukia, kad aplink nykštuką egzistuoja planetų sistema. Ši išvada nieko nestebina, nes žmonija nustatė, kad dauguma žvaigždžių turi savo planetų sistemas. Tai būdinga ir toms, kurios yra panašios į Saulę, ir toms, kurios yra daug didesnės už jos matmenis – būtent iš jų susidaro b altosios nykštukės.
Temos neišsemtos
Net jei laikytume aukščiau aprašytą teoriją visuotinai priimta ir įrodyta, kai kurie klausimai astronomams lieka atviri iki šiol. Ypač įdomu yra medžiagos perdavimo tarp diskų ir dangaus kūno paviršiaus specifiškumas. Kaip kai kurie teigia, taip yra dėl radiacijos. Teorijos, raginančios apibūdinti medžiagos pernešimą, yra pagrįstos Poynting-Robertson efektu. Šis reiškinys, kurio įtakoje dalelės lėtai juda orbita aplink jauną žvaigždę, pamažu spirale krypsta link centro ir išnyksta dangaus kūne. Tikėtina, kad šis poveikis turėtų pasireikšti žvaigždes supančiais nuolaužų diskais, tai yra, diskuose esančios molekulės anksčiau ar vėliau atsiduria išskirtiniame nykštuko arti. Kietosios medžiagosišgaruoja, susidaro dujos – tokių diskų pavidalu užfiksuota aplink keletą stebėtų nykštukų. Anksčiau ar vėliau dujos pasiekia nykštuko paviršių ir perneša čia metalus.
Atskleistus faktus astronomai vertina kaip reikšmingą indėlį į mokslą, nes jie rodo, kaip formuojasi planetos. Tai svarbu, nes specialistus pritraukiantys tyrimo objektai dažnai nepasiekiami. Pavyzdžiui, planetos, besisukančios aplink didesnes už Saulę žvaigždes, yra itin retai tiriamos – tai per sunku techniniu lygiu, kuris yra prieinamas mūsų civilizacijai. Vietoj to, žmonės galėjo tyrinėti planetų sistemas po to, kai žvaigždės virto nykštukais. Jei mums pavyks vystytis šia kryptimi, tikrai bus galima atskleisti naujų duomenų apie planetų sistemų buvimą ir jų išskirtines savybes.
B altosios nykštukės, kurių atmosferoje buvo aptikta metalų, leidžia susidaryti supratimą apie kometų ir kitų kosminių kūnų cheminę sudėtį. Tiesą sakant, mokslininkai tiesiog neturi kito būdo įvertinti sudėtį. Pavyzdžiui, tyrinėjant milžiniškas planetas galima susidaryti vaizdą tik apie išorinį sluoksnį, tačiau patikimos informacijos apie vidinį turinį nėra. Tai taip pat taikoma mūsų „namų“sistemai, nes cheminę sudėtį galima tirti tik iš to dangaus kūno, kuris nukrito į Žemės paviršių arba ten, kur buvo galima nuleisti tyrimų aparatą.
Kaip sekasi?
Anksčiau ar vėliau mūsų planetų sistema taps ir b altosios nykštukės „namais“. Kaip teigia mokslininkai, žvaigždės šerdis turiribotas medžiagos kiekis energijai gauti, ir anksčiau ar vėliau termobranduolinės reakcijos išsenka. Dujų tūris mažėja, tankis pakyla iki tonos kubiniame centimetre, o išoriniuose sluoksniuose reakcija vis dar vyksta. Žvaigždė plečiasi, tapdama raudonuoju milžinu, kurio spindulys yra panašus į šimtus žvaigždžių, lygių Saulei. Kai išorinis apvalkalas nustoja „degti“, per 100 000 metų erdvėje įvyksta medžiagos sklaida, kurią lydi ūko susidarymas.
Žvaigždės šerdis, išlaisvinta iš apvalkalo, sumažina temperatūrą, todėl susidaro b altoji nykštukė. Tiesą sakant, tokia žvaigždė yra didelio tankio dujos. Moksle nykštukai dažnai vadinami išsigimusiais dangaus kūnais. Jei mūsų žvaigždė būtų suspausta ir jos spindulys būtų vos keli tūkstančiai kilometrų, bet svoris būtų visiškai išsaugotas, tada čia taip pat atsirastų b altoji nykštukė.
Ypatybės ir techniniai punktai
Nagrinėjamas kosminio kūno tipas gali švytėti, tačiau šis procesas paaiškinamas kitais mechanizmais, o ne termobranduolinėmis reakcijomis. Švytėjimas vadinamas likutiniu, tai paaiškinama temperatūros sumažėjimu. Nykštuką sudaro medžiaga, kurios jonai kartais būna š altesni nei 15 000 K. Elementams būdingi svyruojantys judesiai. Palaipsniui dangaus kūnas tampa kristalinis, jo švytėjimas silpnėja, o nykštukas tampa rudas.
Mokslininkai nustatė tokio dangaus kūno masės ribą – iki 1,4 Saulės svorio, bet ne daugiau nei ši riba. Jei masė viršija šią ribą,žvaigždė negali egzistuoti. Taip yra dėl suspaustos medžiagos slėgio – jis yra mažesnis už gravitacinę trauką, kuri suspaudžia medžiagą. Vyksta labai stiprus suspaudimas, dėl kurio atsiranda neutronų, medžiaga neutronizuojama.
Suspaudimo procesas gali sukelti degeneraciją. Tokiu atveju susidaro neutroninė žvaigždė. Antrasis variantas yra tęstinis suspaudimas, anksčiau ar vėliau sukeliantis sprogimą.
Bendrieji parametrai ir funkcijos
Nagrinėjamos kategorijos dangaus kūnų bolometrinis šviesumas, palyginti su Saulės charakteristika, yra mažesnis nei maždaug dešimt tūkstančių kartų. Nykštuko spindulys yra mažiau nei šimtą kartų didesnis už saulę, o svoris yra panašus į pagrindinės mūsų planetų sistemos žvaigždės savybę. Norint nustatyti nykštuko masės ribą, buvo apskaičiuota Chandrasekhar riba. Kai jis viršijamas, nykštukas išsivysto į kitą dangaus kūno formą. Žvaigždės fotosfera vidutiniškai susideda iš tankios medžiagos, kurios masė yra 105–109 g/cm3. Palyginti su pagrindine seka, ji yra maždaug milijoną kartų tankesnė.
Kai kurie astronomai mano, kad tik 3 % visų galaktikos žvaigždžių yra b altosios nykštukės, o kai kurie yra įsitikinę, kad kas dešimtas priklauso šiai klasei. Apskaičiavimai labai skiriasi dėl priežasties, kodėl sunku stebėti dangaus kūnus – jie yra toli nuo mūsų planetos ir šviečia per silpnai.
Istorijos ir vardai
1785 m. dvigubų žvaigždžių sąraše atsirado kūnas, kurį stebėjo Herschelis. Žvaigždė buvo pavadinta 40 Eridani B. Būtent ji yra laikoma pirmuoju žmogumi iš b altųjų kategorijos.nykštukai. 1910 metais Raselas pastebėjo, kad šio dangaus kūno šviesumo lygis itin žemas, nors spalvinė temperatūra gana aukšta. Laikui bėgant buvo nuspręsta, kad šios klasės dangaus kūnai turėtų būti atskirti į atskirą kategoriją.
1844 m. Beselis, tyrinėdamas informaciją, gautą stebint Procyon B, Sirius B, nusprendė, kad jie abu laikas nuo laiko pasislinko iš tiesios linijos, o tai reiškia, kad yra artimų palydovų. Tokia prielaida mokslo bendruomenei atrodė mažai tikėtina, nes nebuvo matyti palydovo, o nukrypimus galima paaiškinti tik dangaus kūnu, kurio masė yra išskirtinai didelė (panaši į Sirijų, Prokioną).
1962 m. Klarkas, dirbdamas su didžiausiu tuo metu egzistavusiu teleskopu, netoli Sirijaus aptiko labai blankų dangaus kūną. Būtent jis buvo vadinamas Sirius B, tuo pačiu palydovu, kurį Beselis siūlė jau seniai. 1896 m. tyrimai parodė, kad Procyon taip pat turėjo palydovą – jis vadinosi Procyon B. Todėl Besselio idėjos visiškai pasitvirtino.
