anã branca

Explicamos o que são anões brancos, suas características, composição, formação, tipos e damos vários exemplos

Uma anã branca em comparação com três planetas

O que é um anão branco?

A anã branca É uma estrela nas últimas fases de sua evolução, que já esgotou todo o hidrogênio de seu núcleo, bem como o combustível de seu reator interno. Nessas circunstâncias, a estrela esfria e se contrai surpreendentemente devido à sua própria gravidade.

Ele só tem o calor armazenado durante sua existência; portanto, de certa maneira, uma anã branca é como o grelhado que permanece depois de desligar uma fogueira colossal. Milhões de anos devem passar antes que o último respiração de seu calor o abandone, ficando um objeto frio e escuro.

Descoberta

Embora agora seja conhecido por abundar, eles nunca foram fáceis de detectar, pois são extremamente pequenos.

A primeira anã branca foi descoberta por William Herschel em 1783, como parte do sistema estrela de 40 Eridani, na constelação de Eridano, cuja estrela mais brilhante é Praernar, visível ao sul (no hemisfério norte) durante o inverno. 

40 Eridani é formado por três estrelas, um deles, o 40 Eridane para. É visível a olho nu, mas os 40 Eridani B e 40 Eridani C são muito mais baixos. O B é uma anã branca, enquanto o C é uma anã vermelha.

Anos depois, após a descoberta do sistema 40 Eridani, astronom alemão. 

Bessel observou pequenas sinuosidades na trajetória da Síria, cuja explicação só poderia ser a proximidade de outra estrela menor. Foi chamado sírio B, cerca de 10.000 vezes menos brilhante que o esplendor sírio.

Aconteceu que a síria B era tão ou menor que Netuno, mas com densidade incrivelmente alta e uma temperatura da superfície de 8000 K. E como a radiação B B corresponde ao espectro branco, ficou conhecido como "anão branco".

E a partir de então, todas as estrelas com essas características são chamadas que, embora as anãs brancas também possam ser vermelhas ou amarelas, pois elas têm uma variedade de temperaturas, sendo as brancas as mais comuns.

Características dos anões brancos

Até o momento, cerca de 9000 estrelas catalogadas como anã branca. Como dissemos, eles não são fáceis de descobrir devido à sua fraca luminosidade.

Existem alguns anãs brancos no bairro do sol, muitos deles descobertos por gstrônomos G. Kuyper e W. Luyten no início do século XX. Portanto, suas principais características foram estudadas com relativa facilidade, de acordo com a tecnologia disponível. Os mais destacados são: 

• Tamanho pequeno, comparável a um planeta.
• Alta densidade.
• Baixa luminosidade.
• Temperaturas na faixa de 100000 e 4000 k.
• Eles têm campo magnético.
• Eles têm atmosfera de hidrogênio e hélio.
• Campo gravitacional intenso.
• Pouca perda de energia por radiação, e é por isso que elas esfriam muito lentamente.

Pequenos rádios

Graças à temperatura e luminosidade, sabe -se que seus rádios são muito pequenos. Uma anã branca cuja temperatura da superfície é semelhante à do sol, mal emite um milésimo da luminosidade deste. Portanto, a superfície anã deve ser muito pequena.

Sírio B e o planeta Vênus têm aproximadamente o mesmo diâmetro. Tagizado [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Cor branca

Esta combinação de alta temperatura e pequeno rádio faz com que a estrela pareça branca, como mencionado acima. 

Estrutura

Quanto à sua estrutura, especula -se que eles tenham um núcleo sólido de natureza cristalina, cercada pela matéria em um estado gasoso. 

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Isso é possível devido às transformações sucessivas que ocorrem no reator nuclear de uma estrela: de hidrogênio a hélio, carbono e hélio a elementos mais pesados. 

É uma possibilidade real, porque a temperatura no núcleo do anão é baixa o suficiente para existir um núcleo tão sólido.

De fato, uma anã branca que se acredita ter sido descoberta recentemente tem um núcleo de diamante de 4000 km de diâmetro, localizado na constelação Alfa Centauri, 53 anos -luz da Terra.

Densidade

A questão da densidade dos anões brancos causou uma grande consternação em astrônomos do final do século XIX e início do início. Os cálculos apontaram para densidades muito altas.

Uma anã branca pode ter uma massa de até 1,4 vezes em relação à do nosso sol, compactada a um tamanho como o da terra. Dessa forma, sua densidade é um milhão de vezes maior que a da água e é precisamente o que apóia a anã branca. Como é possível?

A mecânica quântica afirma que partículas como elétrons só podem ocupar certos níveis de energia. Há também um princípio que limita o arranjo de elétrons ao redor do núcleo atômico: Princípio de exclusão de Pauli. 

De acordo com esta propriedade da matéria, para dois elétrons, é impossível ter o mesmo estado quântico no mesmo sistema. Além disso, na matéria comum nem todos os níveis de energia permitidos geralmente estão ocupados, apenas alguns são.

Isso explica por que as densidades de substâncias terrestres mal são da ordem de alguns gramas por centímetro cúbico.

Matéria degenerada

Cada nível de energia ocupa um certo volume, de modo que a região que ocupa um nível não se sobrepõe à de outra. Dessa forma, dois níveis com a mesma energia podem coexistir sem problemas, desde que não se sobreponham, pois existe uma força de degeneração que a impede. 

Isso cria um tipo de barreira quântica que limita a contração da matéria em uma estrela, originando uma pressão que compensa o colapso gravitacional. Assim, a integridade do anão branco é mantido.

Enquanto isso, os elétrons preenchem todas as posições de energia possíveis, preenchendo rapidamente o mais baixo e estão disponíveis apenas as de maior energia. 

Nessas circunstâncias, com todos os estados de energia ocupada, o assunto está em um estado de que na física é chamada Estado degenerado. É o estado de densidade máxima possível, de acordo com o princípio da exclusão. 

Mas como a incerteza na posição △ x x de elétrons é mínima, devido à alta densidade, pelo princípio da incerteza de Heisenberg, a incerteza no momento linear, então:

△ x △ p ≥ ћ/2

Onde ћ é h/2π, sendo a constante da plack. Assim, a velocidade dos elétrons está próxima da velocidade da luz e aumenta a pressão que eles exercem, uma vez que as colisões também aumentam. 

Esta pressão quântica, chamada Fermi Pressão, é independente da temperatura. É por isso que uma anã branca pode ter energia a qualquer temperatura, incluindo zero absoluto.

Evolução de anões brancos

Graças a observações astronômicas e simulações de computador, a formação de uma estrela típica como se o nosso sol é realizada da seguinte maneira:

• Em primeiro lugar, o gás cósmico e a poeira abundante em hidrogênio e hélio eles se condensam graças à gravidade, para dar origem a Protoestrella, um jovem objeto de estrela. A protoestrella é uma esfera em rápida contração, cuja temperatura aumenta gradualmente no decorrer de milhões de anos.
• Uma vez atingido uma massa crítica e com a temperatura crescente, o reator nuclear dentro da estrela é iluminado. Quando isso acontece, a fusão de hidrogênio começa e a estrela é incorporada à chamada Sequência principal.
• Depois do tempo, o hidrogênio do núcleo está esgotado e a ignição do hidrogênio das camadas mais externas da estrela começa, bem como a do hélio no núcleo.
• A estrela se expande, aumentando intensamente, diminuindo sua temperatura e ficando vermelha. Esta é a fase de gigante vermelho.
• As camadas mais externas da estrela saem graças ao vento estelar e formam um Nebulosa planetária, Embora não haja planetas. Esta nebulosa circunda o núcleo estrela (muito mais quente), que esgotou a reserva de hidrogênio começa a queimar hélio para formar elementos mais pesados.
• A nebulosa se dissipa e o núcleo está em núcleo de contração da estrela original, que se torna uma anã branca. Embora a fusão nuclear tenha cessado apesar de ter material, a estrela ainda tem uma incrível reserva de calor, que emite muito lentamente por radiação. Esta fase é difícil por um longo tempo (cerca de 10¹⁰ anos, idade estimada do universo).
• Uma vez frio, a luz que emitiu desaparece completamente e a anã branca se torna um Anão preto.

Pode atendê -lo: avião inclinadoO ciclo de vida das estrelas. Fonte: Wikimedia Commons. R.N. Bailey [CC por 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/4.0)]

A evolução do sol

Provavelmente, nosso sol, devido às suas características, passa pelos estágios descritos. Atualmente, o Sol é uma estrela adulta que está na sequência principal, mas todas as estrelas o abandonam em algum momento, mais cedo ou mais tarde, embora a maior parte de sua vida passe lá.

Eles terão muitos milhões de anos para entrar na próxima etapa do Red Giant. Quando isso acontece, a Terra e os outros planetas interiores serão engolidos pelo sol em crescimento, mas primeiro, é certo que os oceanos evaporaram e a terra se tornou um deserto.

Nem todas as estrelas passam por esses estágios. Depende de sua missa. Aqueles que são muito mais maciços que o sol tem uma extremidade muito mais espetacular porque acabam como supernovas. O remanescente neste caso pode ser um objeto astronômico peculiar, como um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Limite de Chandrasekhar

Em 1930, um astrofísico hindu de apenas 19 anos, chamado Subrahmanyan Chandrasekhar, determinou a existência de uma massa crítica nas estrelas. 

Uma estrela cuja massa está abaixo desse valor crítico segue o caminho de uma anã branca. Mas se sua massa estiver acima, seus dias terminam em uma explosão colossal. Este é o limite de Chandrasekhar e é equivalente a aproximadamente 1.44 vezes a massa do nosso sol.

É calculado da seguinte forma:

Aqui n é o número de elétrons por unidade de massa: ћ é a constante de Planck dividida por 2π, C é a velocidade da luz no vácuo e a constante de gravitação universal universal.

Isso não significa que estrelas maiores que o sol não podem se tornar anãs brancas. Ao longo de sua estadia na sequência principal, a estrela perde continuamente a missa. Ele também faz isso em seu palco como um gigante vermelho planetário e nebulosa.

Por outro lado, uma vez transformado em uma anã branca, a poderosa gravidade da estrela pode atrair massa de outra estrela próxima e aumentar sua própria. Superar o limite de Chandrasekhar, o fim do anão pode ser - e a outra estrela - não é tão lenta quanto a descrita aqui. 

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Essa proximidade pode reiniciar o reator nuclear extinto e levar a uma tremenda explosão de supernova (supernovas ia).

Composição de anões brancos

Quando o núcleo de uma estrela se transformou em hélio, os átomos de carbono e oxigênio são mesclados.

E quando a Reserva Helio termina, por sua vez, a anã branca é fundamentalmente composta por carbono e oxigênio e, em alguns casos, neon e magnésio, desde que o núcleo tenha pressão suficiente para sintetizar esses elementos. 

A estrela A Aquarii é uma anã mais dinâmica branca. Fonte: NASA através da Wikimedia Commons.

Possivelmente o anão é uma atmosfera fina de hélio ou hidrogênio, pois, como a gravidade superficial da estrela é alta, os elementos pesados ​​precisam se acumular no centro, deixando o mais leve na superfície. 

Em alguns anões, existe até a possibilidade de mesclar átomos de neon e criar núcleos de ferro sólido.

Treinamento

Como dissemos ao longo dos parágrafos anteriores, a anã branca se forma depois que a estrela esgota sua reserva de hidrogênio. Então ele incha e expande e depois expulsa a matéria na forma de nebulosa planetária, deixando o núcleo dentro.

Este núcleo, formado por matéria degenerada, é o que é conhecido como uma estrela da anã branca. Uma vez que seu reator de fusão está desativado, ele se contrai e esfria lentamente, perdendo com ela toda a sua energia térmica e sua luminosidade.

Tipos de anãs brancas

Para classificar as estrelas, incluindo anãs brancas, o tipo espectral é usado, que por sua vez depende da temperatura. Para nomear as estrelas anãs, é usado um capital D, seguido por qualquer uma dessas letras: a, b, c, o, z, q, x x x. Essas outras letras: P, H, E e V denotam outra série de características muito mais particulares.

Cada uma dessas letras denota uma característica de alto espectro do espectro. Por exemplo, uma estrela da DA é uma anã branca cujo espectro tem uma linha de hidrogênio. E um anão DAV tem a linha de hidrogênio e, além disso, o V indica que é uma estrela variável ou pulsante.

Finalmente, para a série de letras, um número entre 1 e 9 é adicionado para indicar o índice de temperatura n:

N = 50400 /t. Estrela efetiva

Outra classificação de anões brancos é feita com base em sua missa:

• Cerca de 0.5 m sol
• Massa média: entre 0.5 e 8 vezes M Sun
• Entre 8 e 10 vezes a massa do sol.

Exemplos de anões brancos

- Sirio B na constelação do prefeito de Can, o companheiro de Sirio A, a estrela mais brilhante do céu noturno. É o anão branco mais próximo de todos.

A fonte de luz mais brilhante é síria B

- Um aquário é uma anã branca que emite pulsos de raio x.

Anão branco no sistema A Aquarii

- 40 ERIDANI B, DISTANT 16 ANOS LUZES. É observável com telescópio.

O sistema Keid (40 Eridani), visto da simulação astronômica de Celestia. Fonte: Henrykus, GFDL, via Wikimedia Commons

- HL Tau 67 pertence à constelação de Taurus e é uma anã branca variável, a primeira de sua classe a ser descoberta.

- DM Lyrae faz parte de um sistema binário e é uma anã branca que explodiu como Nova no século XX.

- WD B1620 é uma anã branca que também pertence a um sistema binário. The Companion Star é uma estrela pulsante. Neste sistema, há um planeta que orbita ambos.

PSR B1620-26, sistema estelar binário. Fonte: Crédito da ilustração: NASA e G. Bacon (Stsci), domínio público, via Wikimedia Commons

- Procyon B, companheiro de Procyon A, na constelação de Can Menor.

O sistema binário procyon, a anã branca é um pequeno ponto à direita. Fonte: Giuseppe Donatiello através do Flickr.

Referências

1. Carroll, b. Uma introdução à astrofísica moderna. 2º. Edição. Pearson. 
2. Martínez, d. Evolução das estrelas. Recuperado de: Google Livros.
3. Olaizola, i. Anões brancos. Recuperado de: Telesforo.Aranzadi-Zientziak.org.
4. Oster, l. 1984. Astronomia moderna. Editorial revertido.
5. Wikipedia. Anões brancos. Recuperado de: é. Wikipedia.org.
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