Білі карлики
Бі́лі ка́рлики — зорі білого кольору з малою світимістю, що перебувають на пізній стадії еволюції зір і складаються переважно з електронного виродженого газу.
Історична довідка
Перший білий карлик 40 Ерідан B був відкритий у потрійній зоряній системі 40 Ерідан Ф. В. Гершелем (1783). Найближчим відомим білим карликом є Сіріус B (1,0 M☉), менший компаньйон подвійної зорі Сіріус, розташований на відстані 8,6 світових років. Він був другим білим карликом, відкритим Ф. В. Бесселєм теоретично за позиційними вимірюваннями періодичних змін положень Сіріуса та Проціона.
Назву «білий карлик» увів 1922 Я. В. Лейтен (1899, Індонезія — 1994, США), класифікуючи зорі за кольором — білий колір цих зір зумовлений високою температурою фотосфери (8000–40 000 К). Популяризував цей термін А. С. Еддінгтон. За його пропозицією Сіріус В був обраний для перевірки положень загальної теорії відносності А. Айнштайна: з урахуванням надвисокої густини білого карлика світло від Сіріуса B повинно мати гравітаційне червоне зміщення, що і було підтверджено 1925 В. С. Адамсом (1876, тепер Туреччина — 1956, США).
Характеристика
Білий карлик утворюється, коли зоря малої або середньої маси (0,07–10 M☉) на головній послідовності, у якої впродовж термоядерного синтезу вичерпався запас водню, розширюється до стадії червоного гіганта, при цьому гелій з вуглецем і киснем накопичуються шляхом потрійного альфа-процесу в ядрі. Червоний гігант скидає зовнішні шари, які утворюють планетарну туманність, а залишком (центральна частина) і є білий карлик. Залежно від температури ядра та маси утворюються вуглецево-кисневі, кисневі-неон-магнієві та гелієві білі карлики. Мають високу густину речовини (104–106 г/см3), зумовлену гравітаційним стисненням до центра білого карлика — у середньому їхні маси порівняні з Сонцем (0,17 M☉ – 1,33 M☉), а розміри із Землею.
Найважчий білий карлик J1901-1458 має масу 1,35 M☉ і діаметр 4 300 км. У нашій галактиці налічується ~10 млрд білих карликів.
Єдиним джерелом живлення білого карлика є тиск виродженого газу (плазми незв’язаних ядер і електронів), який протидіє колапсу гравітаційному зорі. Фізику цього процесу описав С. Чандресекар (1910, тепер Пакистан — 1995, США). Він увів термін граничної маси 1,44 M☉ для стабільного білого карлика, що обертається дуже повільно або не обертається. Стрімке (перші 1,5 млрд років) і потім довготривале поступове охолодження білого карлика призводить до кристалізації, починаючи з ядра, і перетворює зорю на чорного карлика. Період переходу у цей стан є порівняним з віком видимого Всесвіту (~13,8 млрд років), а тому ці небесні об’єкти не спостерігаються. Найхолодніший із відомих білих карликів, WD J2147–4035, має температуру поверхні ~3050 K; спостереження іншого білого карлика, BPM 37093, показують, що ~90 % його маси вже кристалізувалися. Гелієві білі карлики можуть залишатися гарячими об’єктами упродовж 2 млрд років, після чого настане стадія охолодження. Гарячі білі карлики (30 000 К) є джерелом м’якого Х-випромінювання та нейтрино. Магнітні поля в білих карликах мають напруженість на поверхні в середньому в 100 Тесла. Білі карлики класифікуються за різними ознаками їхньої структури, спектрів, як і періодів змінності їхньої світності, останнє є предметом вивчення астросейсмології. Тісна подвійна система з двох білих карликів може втрачати кутовий момент і випромінювати енергію у формі хвиль гравітаційних, приводячи до звуження спільної орбіти доти, поки зорі не поглинуть одна одну.
Білий карлик може бути поглинутим зорею-компаньйоном, перетворившись на об’єкт планетарної маси — гелієву або алмазну планету, що продовжує обертатися навколо тієї ж зорі. Присутність у спектрах атмосфер багатьох білих карликів металевих ліній поглинання свідчить про існування у них планетарних систем. Перше таке спостереження, виконане 1917 А. ван Мааненом (1884–1946) в обсерваторії Маунт-Вілсон (США), вважають першим доказом існування екзопланет. На 2024 відомо кілька планета-гігантів і кілька малих кам’янистих планет та уламків навколо білих карликів (зокрема WD 1856+534, WD 1202−232, WD 2105−82, GALEX J071816.4+373139). Білі карлики з поверхневою температурою менше 10 000 K можуть мати зону життя на відстані 0,005 до 0,02 астрономічних одиниць у часовому інтервалі 3 млрд років.
Вуглецево-кисневий білий карлик з близькою до граничної масою, який є компаньйоном у подвійній зорі, у результаті акреції речовини від неї може вибухнути (вуглецева детонація) як наднова зоря типу SN Ia. Наднові цього типу мають постійну пікову яскравість, що дозволяє, враховуючи, що вони присутні у всіх типах галактик, використовувати їх як стандартні свічки для вимірювання відстані до галактик (оскільки видима зоряна величина SN Ia, яка спостерігається із Землі, вказує на її відстань від Землі). Ця особливість яскравості SN 1a була використана у проєкті вимірювань залежності швидкості розбігання галактик від відстані та призвела до відкриття іншої форми речовини, темної матерії, що не взаємодіє гравітаційно з баріонною матерією, а маса цієї матерії створює у сучасну епоху додаткові 70 % густини Всесвіту (темна енергія).
Україніка
Білих карликів досліджував С. Каплан (1921–1978; тепер РФ), який 1948–1966 працював в Астрономічній обсерваторії Львівського університету (тепер Львівський національний університет імені Івана Франка). У кандидатській дисертації «Джерела енергії та еволюція білих карликів» (1948) і серії праць побудував теорію охолодження білих карликів (теорія Каплана — Местела), знайшов границю густини білих карликів та радіус останньої стабільної орбіти в полі Шварцшильда.
Література
- Schatzman E. White Dwarfs. Amsterdam : North-Holland Publishing Company, 1958. 180 p.
- Климишин І. А. Астрономія вчора й сьогодні. Київ : Наукова думка, 1976. 286 с.
- Shapiro St., Teukolsky S. Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects. New York : Wiley, 2008. 663 p.
- Spatschek K.-H. Astrophysics an Introduction to Theory and Basics. Berlin : Springer, 2024. 676 p.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Вавилова І. Б. Білі карлики // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Білі карлики (дата звернення: 11.10.2026).
Статус гасла: оприлюднено
Оприлюднено: 04.12.2024
