Ağ cırtdan kosmosumuzda çox yayılmış ulduzdur. Alimlər bunu ulduzların təkamülünün nəticəsi, inkişafın son mərhələsi adlandırırlar. Ümumilikdə ulduz cismin modifikasiyası üçün iki ssenari var, bir halda son mərhələ neytron ulduzu, digərində isə qara dəlikdir. Cırtdanlar təkamülün son mərhələsidir. Onların ətrafında planet sistemləri var. Alimlər metalla zənginləşdirilmiş nümunələri araşdıraraq bunu müəyyən edə biliblər.
Fon
Ağ cırtdanlar 1919-cu ildə astronomların diqqətini çəkən ulduzlardır. İlk dəfə belə bir göy cismini Hollandiyadan olan alim Maanen kəşf edib. Mütəxəssis öz dövrü üçün olduqca atipik və gözlənilməz bir kəşf etdi. Gördüyü cırtdan ulduza bənzəyirdi, lakin qeyri-standart kiçik ölçülərə malik idi. Bununla belə, spektr sanki böyük və böyük bir göy cisminə bənzəyirdi.
Belə qəribə hadisənin səbəbləri uzun müddətdir ki, elm adamlarını cəlb edir, ona görə də ağ cırtdanların quruluşunu öyrənmək üçün çoxlu səy göstərilmişdir. Onlar səma cisminin atmosferində müxtəlif metal konstruksiyaların bolluğu haqqında fərziyyəni ifadə etdikdə və sübut etdikdə irəliləyiş edildi.
Astrofizikada metalların molekulları hidrogendən, heliumdan ağır olan bütün növ elementlər olduğunu və kimyəvi tərkibinin bu iki birləşmədən daha mütərəqqi olduğunu aydınlaşdırmaq lazımdır. Helium, hidrogen, elm adamlarının müəyyən edə bildiyi kimi, kainatımızda digər maddələrdən daha geniş yayılmışdır. Buna əsasən, qalan hər şeyin metal kimi təyin edilməsi qərara alındı.
Mövzu inkişafı
Ölçülərinə görə Günəşdən çox fərqli olan ağ cırtdanlar ilk dəfə iyirminci illərdə görünsə də, yalnız yarım əsr sonra insanlar ulduz atmosferində metal strukturların olmasının tipik bir hadisə olmadığını kəşf etdilər. Məlum olub ki, atmosferə daxil olduqda, ən çox yayılmış iki maddədən, daha ağır olanlardan əlavə, daha dərin təbəqələrə köçürülür. Helium, hidrogen molekulları arasında olan ağır maddələr sonda ulduzun nüvəsinə doğru hərəkət etməlidir.
Bu prosesin bir neçə səbəbi var idi. Ağ cırtdanın radiusu kiçikdir, belə ulduz cisimləri çox yığcamdır - onların adını almaları əbəs yerə deyil. Orta hesabla radius yerinkinə, çəkisi isə planet sistemimizi işıqlandıran ulduzun çəkisinə bənzəyir. Ölçülərin və çəkinin bu nisbəti olduqca böyük qravitasiya səthinin sürətlənməsinə səbəb olur. Nəticədə, ağır metalların hidrogen və helium atmosferində çökməsi molekulun ümumi qaz kütləsinə daxil olmasından yalnız bir neçə Yer günü sonra baş verir.
Xüsusiyyətlər və müddət
Bəzən ağ cırtdanların xüsusiyyətlərielədir ki, ağır maddələrin molekullarının çökmə prosesi uzun müddət ləngiyə bilər. Yerdən gələn müşahidəçinin nöqteyi-nəzərindən ən əlverişli variantlar milyonlarla, on milyonlarla il davam edən proseslərdir. Bununla belə, belə vaxt intervalları ulduz bədəninin özünün ömrü ilə müqayisədə olduqca qısadır.
Ağ cırtdanın təkamülü elədir ki, hazırda insanın müşahidə etdiyi formasiyaların çoxunun artıq bir neçə yüz milyon Yer yaşı var. Bunu metalların nüvə tərəfindən udulmasının ən yavaş prosesi ilə müqayisə etsək, fərq əhəmiyyətli deyil. Buna görə də müəyyən müşahidə olunan ulduzun atmosferində metalın aşkarlanması bizə əminliklə nəticə çıxarmağa imkan verir ki, cəsəd ilkin olaraq belə bir atmosfer tərkibinə malik deyildi, əks halda bütün metal daxilolmaları çoxdan yox olardı.
Nəzəriyyə və təcrübə
Yuxarıda təsvir edilən müşahidələr, eləcə də ağ cırtdanlar, neytron ulduzlar, qara dəliklər haqqında onilliklər ərzində toplanmış məlumatlar atmosferin xarici mənbələrdən metal daxilolmalarını qəbul etdiyini irəli sürdü. Elm adamları əvvəlcə bunun ulduzlar arasındakı mühit olduğuna qərar verdilər. Göy cismi belə maddənin içərisindən hərəkət edir, mühiti onun səthinə toplayır və bununla da atmosferi ağır elementlərlə zənginləşdirir. Lakin sonrakı müşahidələr belə bir nəzəriyyənin əsassız olduğunu göstərdi. Mütəxəssislərin qeyd etdiyi kimi, əgər atmosferdəki dəyişiklik bu şəkildə baş versəydi, ulduzlar arasındakı mühitin böyük hissəsi hidrogen vəhelium molekulları. Ortanın yalnız kiçik bir faizi ağır birləşmələrdir.
Ağ cırtdanların, neytron ulduzların, qara dəliklərin ilkin müşahidələrindən yaranan nəzəriyyə özünü doğrultsaydı, cırtdanlar ən yüngül element kimi hidrogendən ibarət olardı. Bu, hətta heliumlu göy cisimlərinin də mövcud olmasına imkan verməzdi, çünki helium daha ağırdır, yəni hidrogen yığılması onu kənar müşahidəçinin gözündən tamamilə gizlədəcək. Alimlər helium cırtdanlarının mövcudluğuna əsaslanaraq belə nəticəyə gəliblər ki, ulduzlararası mühit ulduz cisimlərinin atmosferində yeganə və hətta əsas metal mənbəyi ola bilməz.
Necə izah etmək olar?
Keçən əsrin 70-ci illərində qara dəlikləri, ağ cırtdanları tədqiq edən elm adamları metal daxilolmaların göy cisminin səthinə kometaların düşməsi ilə izah oluna biləcəyini irəli sürdülər. Düzdür, vaxtilə bu cür fikirlər həddindən artıq ekzotik hesab olunurdu və dəstəklənmirdi. Bu, əsasən insanların digər planet sistemlərinin mövcudluğu haqqında hələ bilmədiyi ilə əlaqədar idi - yalnız bizim "ev" günəş sistemimiz məlum idi.
Qara dəliklərin, ağ cırtdanların öyrənilməsində irəliyə doğru mühüm addım keçən əsrin növbəti, səkkizinci onilliyinin sonunda atıldı. Alimlərin ixtiyarında kosmosun dərinliklərini müşahidə etmək üçün xüsusilə güclü infraqırmızı alətlər var ki, bu da tanınmış ağ cırtdan astronomlardan birinin ətrafında infraqırmızı şüalanmanı aşkar etməyə imkan verdi. Bu, atmosferində metal olan cırtdanın ətrafında dəqiq aşkar edilmişdirdaxil.
Ağ cırtdanın temperaturunu təxmin etməyə imkan verən infraqırmızı şüalanma, həmçinin alimlərə ulduz bədəninin ulduz şüalarını udmaq qabiliyyətinə malik bəzi maddə ilə əhatə olunduğunu söylədi. Bu maddə müəyyən bir temperatur səviyyəsinə qədər qızdırılır, ulduzdan daha azdır. Bu, udulmuş enerjini tədricən yönləndirməyə imkan verir. Radiasiya infraqırmızı diapazonda baş verir.
Elm irəliləyir
Ağ cırtdanın spektrləri astronomlar dünyasının qabaqcıl ağıllarının tədqiqat obyektinə çevrilib. Məlum olub ki, onlardan səma cisimlərinin xüsusiyyətləri haqqında kifayət qədər çox məlumat əldə etmək olar. Həddindən artıq infraqırmızı şüalanma ilə ulduz cisimlərinin müşahidələri xüsusi maraq doğururdu. Hal-hazırda bu tipli üçə yaxın sistemi müəyyən etmək mümkün olmuşdur. Onların əsas faizi ən güclü Spitzer teleskopu ilə öyrənilib.
Alimlər göy cisimlərini müşahidə edərək müəyyən ediblər ki, ağ cırtdanların sıxlığı nəhənglərə xas olan bu parametrdən xeyli azdır. Həmçinin müəyyən edilib ki, artıq infraqırmızı şüalanma enerji şüalarını udmaq qabiliyyətinə malik olan spesifik maddədən əmələ gələn disklərin olması ilə bağlıdır. Məhz o zaman enerji yayır, lakin fərqli dalğa boyu diapazonunda.
Disklər olduqca yaxındır və ağ cırtdanların kütləsinə müəyyən dərəcədə təsir edir (bu, Çandrasekhar həddini keçə bilməz). Xarici radiusa detrital disk deyilir. Onun hansısa cəsədin məhv edilməsi zamanı əmələ gəldiyi ehtimal edilir. Orta hesabla, radius ölçüsünə görə Günəşlə müqayisə edilə bilər.
Planet sistemimizə diqqət yetirsəniz, aydın olur ki, "ev"ə nisbətən yaxın bir yerdə oxşar nümunəni müşahidə edə bilərik - bunlar Saturnu əhatə edən halqalardır, onların ölçüsü də radiusla müqayisə edilə bilər. bizim ulduz. Zaman keçdikcə elm adamları cırtdanlarla Saturnu birləşdirən yeganə xüsusiyyətin bu xüsusiyyət olmadığını aşkar etdilər. Məsələn, həm planetin, həm də ulduzların çox nazik diskləri var, onlar işıqda parlamağa çalışarkən şəffaf olmur.
Nəzəriyyənin nəticələri və inkişafı
Ağ cırtdanların halqaları Saturnu əhatə edən halqalarla müqayisə oluna bildiyi üçün bu ulduzların atmosferində metalların mövcudluğunu izah edən yeni nəzəriyyələr formalaşdırmaq mümkün olmuşdur. Astronomlar bilirlər ki, Saturnun ətrafındakı halqalar onun cazibə sahəsinin təsirinə məruz qalacaq qədər planetə kifayət qədər yaxın olan bəzi cisimlərin gelgitlərinin pozulması nəticəsində əmələ gəlir. Belə bir vəziyyətdə xarici bədən öz cazibəsini saxlaya bilmir, bu da bütövlüyün pozulmasına gətirib çıxarır.
Təxminən on beş il əvvəl ağ cırtdan halqaların əmələ gəlməsini oxşar şəkildə izah edən yeni bir nəzəriyyə təqdim edildi. Cırtdanın əvvəlcə planetar sistemin mərkəzində bir ulduz olduğu güman edilirdi. Göy cismi zamanla təkamül edir, bu, milyardlarla il çəkir, şişir, qabığını itirir və bu, tədricən soyuyan cırtdanın əmələ gəlməsinə səbəb olur. Yeri gəlmişkən, ağ cırtdanların rəngi onların temperaturu ilə dəqiq izah olunur. Bəziləri üçün 200.000 K qiymətləndirilir.
Belə bir təkamül zamanı planetlər sistemi sağ qala bilər, bu daulduzun kütləsinin azalması ilə eyni vaxtda sistemin xarici hissəsinin genişlənməsi. Nəticədə böyük bir planet sistemi yaranır. Planetlər, asteroidlər və bir çox başqa elementlər təkamüldən sağ çıxır.
Növbəti nədir?
Sistemin tərəqqisi onun qeyri-sabitliyinə səbəb ola bilər. Bu, planeti əhatə edən fəzanın daşlarla bombalanmasına gətirib çıxarır və asteroidlər sistemdən qismən uçur. Ancaq onlardan bəziləri gec-tez cırtdanın günəş radiusunda taparaq orbitlərə keçirlər. Toqquşmalar baş vermir, lakin gelgit qüvvələri bədənin bütövlüyünün pozulmasına səbəb olur. Belə asteroidlərin çoxluğu Saturnu əhatə edən halqalara bənzər bir forma alır. Beləliklə, ulduzun ətrafında zibil diski əmələ gəlir. Ağ cırtdanın sıxlığı (təxminən 10^7 q/sm3) və onun detrital diski əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.
Təsvir olunan nəzəriyyə bir sıra astronomik hadisələrin kifayət qədər tam və məntiqi izahına çevrildi. Onun vasitəsilə disklərin nə üçün yığcam olduğunu başa düşmək olar, çünki ulduz bütün mövcudluğu ərzində günəşinkinə bərabər radiuslu disklə əhatə oluna bilməz, əks halda belə disklər əvvəlcə onun gövdəsinin içində olardı.
Disklərin əmələ gəlməsini və onların ölçüsünü izah etməklə, metalların özünəməxsus ehtiyatının haradan gəldiyini başa düşmək olar. O, ulduzun səthinə düşərək cırtdanı metal molekulları ilə çirkləndirə bilər. Təsvir edilən nəzəriyyə, ağ cırtdanların orta sıxlığının aşkar edilmiş göstəricilərinə zidd olmadan (10^7 q/sm3) ulduzların atmosferində metalların niyə müşahidə edildiyini, kimyəvi maddələrin ölçülməsinin səbəbini sübut edir.tərkibi insan üçün mümkün olan vasitələrlə və hansı səbəbdən elementlərin paylanması planetimizin və digər tədqiq olunan obyektlərin xarakteristikasına bənzəyir.
Nəzəriyyələr: hər hansı bir fayda varmı?
Təsvir olunan fikir ulduzların qabıqlarının niyə metallarla çirkləndiyini, nə üçün dağıntı disklərinin meydana gəldiyini izah etmək üçün əsas kimi geniş istifadə edilmişdir. Bundan əlavə, ondan belə çıxır ki, cırtdanın ətrafında planet sistemi mövcuddur. Bu nəticədə təəccüblü bir şey yoxdur, çünki bəşəriyyət müəyyən etmişdir ki, ulduzların əksəriyyətinin öz planet sistemləri var. Bu həm Günəşə bənzəyənlər, həm də ölçülərindən xeyli böyük olanlar üçün xarakterikdir - yəni onlardan ağ cırtdanlar əmələ gəlir.
Mövzular bitməyib
Yuxarıda təsvir edilən nəzəriyyəni ümumi qəbul edilmiş və sübut edilmiş hesab etsək belə, astronomlar üçün bəzi suallar bu günə qədər açıq qalır. Disklər və göy cisminin səthi arasında maddənin ötürülməsinin spesifikliyi xüsusi maraq doğurur. Bəzilərinin dediyi kimi, bu, radiasiya ilə bağlıdır. Maddənin daşınmasını bu şəkildə təsvir etməyə çağıran nəzəriyyələr Poyntinq-Robertson effektinə əsaslanır. Təsiri altında zərrəciklərin yavaş-yavaş gənc ulduzun ətrafında orbitdə hərəkət etməsi, tədricən mərkəzə doğru spirallaşması və səma cisimində yox olması hadisəsi. Ehtimal ki, bu təsir ulduzları əhatə edən dağıntı disklərində özünü göstərməlidir, yəni disklərdə olan molekullar gec-tez cırtdana müstəsna yaxınlıqda tapırlar. Bərk maddələrbuxarlanmaya məruz qalır, qaz əmələ gəlir - belə disklər şəklində bir neçə müşahidə cırtdanların ətrafında qeydə alınıb. Gec-tez qaz cırtdanın səthinə çataraq metalları bura aparır.
Açıqlanan faktlar astronomlar tərəfindən elmə əhəmiyyətli töhfə kimi qiymətləndirilir, çünki onlar planetlərin necə əmələ gəldiyini təklif edirlər. Bu vacibdir, çünki mütəxəssisləri cəlb edən tədqiqat obyektləri çox vaxt mövcud olmur. Məsələn, Günəşdən daha böyük ulduzlar ətrafında fırlanan planetləri öyrənmək olduqca nadirdir - bu, bizim sivilizasiya üçün mövcud olan texniki səviyyədə çox çətindir. Bunun əvəzinə insanlar ulduzların cırtdanlara çevrilməsindən sonra planet sistemlərini öyrənə bildilər. Bu istiqamətdə inkişaf edə bilsək, şübhəsiz ki, planet sistemlərinin mövcudluğu və onların fərqli xüsusiyyətləri ilə bağlı yeni məlumatlar aşkara çıxarmaq mümkün olacaq.
Atmosferində metalların aşkarlandığı ağ cırtdanlar kometlərin və digər kosmik cisimlərin kimyəvi tərkibi haqqında təsəvvür yaratmağa imkan verir. Əslində, alimlərin tərkibini qiymətləndirmək üçün sadəcə başqa yolu yoxdur. Məsələn, nəhəng planetləri tədqiq edərkən yalnız xarici təbəqə haqqında təsəvvür əldə etmək olar, lakin daxili məzmunu haqqında etibarlı məlumat yoxdur. Bu, bizim "ev" sistemimizə də aiddir, çünki kimyəvi tərkibi yalnız Yerin səthinə düşən və ya tədqiqat aparatını endirmək mümkün olan göy cismindən öyrənilə bilər.
Necə gedir?
Gec-tez planet sistemimiz də ağ cırtdanın "evinə" çevriləcək. Alimlərin dediyi kimi, ulduz nüvəsi varenerji əldə etmək üçün məhdud miqdarda maddə və gec-tez termonüvə reaksiyaları tükənir. Qaz həcmdə azalır, sıxlıq kub santimetr üçün bir tona qədər yüksəlir, xarici təbəqələrdə isə reaksiya hələ də davam edir. Ulduz genişlənir, qırmızı nəhəngə çevrilir, radiusu Günəşə bərabər olan yüzlərlə ulduzla müqayisə olunur. Xarici qabıq "yanmağı" dayandırdıqda, 100.000 il ərzində kosmosda maddənin dağılması baş verir ki, bu da dumanlığın əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur.
Ulduzun qabığından azad olan nüvəsi temperaturu aşağı salır ki, bu da ağ cırtdanın əmələ gəlməsinə səbəb olur. Əslində belə bir ulduz yüksək sıxlıqlı qazdır. Elmdə cırtdanlara çox vaxt degenerasiyaya uğramış göy cisimləri deyilir. Əgər ulduzumuz sıxılsa və onun radiusu cəmi bir neçə min kilometr olsa da, çəkisi tamamilə qorunub saxlanılsaydı, o zaman burada ağ cırtdan da yer alardı.
Xüsusiyyətlər və texniki məqamlar
Nəzərdə tutulan kosmik cismin növü parlamağa qadirdir, lakin bu proses termonüvə reaksiyalarından başqa digər mexanizmlərlə izah olunur. Parıltı qalıq adlanır, temperaturun azalması ilə izah olunur. Cırtdan ionları bəzən 15.000 K-dən daha soyuq olan maddədən əmələ gəlir. Elementlər üçün salınan hərəkətlər xarakterikdir. Tədricən, göy cismi kristallaşır, onun parıltısı zəifləyir və cırtdan qəhvəyi rəngə çevrilir.
Alimlər belə bir göy cismi üçün kütlə həddi müəyyən ediblər - Günəşin çəkisi 1,4-ə qədər, lakin bu hədddən çox deyil. Kütlə bu həddi keçərsə,ulduz mövcud ola bilməz. Bu, sıxılmış vəziyyətdə olan maddənin təzyiqi ilə əlaqədardır - maddəni sıxan cazibə qüvvəsindən daha azdır. Neytronların görünüşünə səbəb olan çox güclü sıxılma var, maddə neytronlaşdırılır.
Sıxılma prosesi degenerasiyaya səbəb ola bilər. Bu halda neytron ulduzu əmələ gəlir. İkinci seçim gec və ya tez partlayışa səbəb olan davamlı sıxılmadır.
Ümumi parametrlər və xüsusiyyətlər
Günəşin xarakteristikasına nisbətən hesab edilən göy cisimləri kateqoriyasının bolometrik parlaqlığı təqribən on min dəfədən azdır. Cırtdanın radiusu günəşdən yüz dəfə azdır, çəkisi isə planet sistemimizin əsas ulduzunun xarakteristikasına bənzəyir. Cırtdan üçün kütlə həddini müəyyən etmək üçün Çandrasekhar həddi hesablanmışdır. Həddini aşdıqda, cırtdan göy cisminin başqa bir formasına çevrilir. Ulduzun fotosferası orta hesabla 105-109 q/sm3 olan sıx maddədən ibarətdir. Əsas ardıcıllıqla müqayisədə o, təxminən bir milyon dəfə daha sıxdır.
Bəzi astronomlar qalaktikadakı bütün ulduzların yalnız 3%-nin ağ cırtdan olduğuna inanır, bəziləri isə əmindirlər ki, hər onda biri bu sinfə aiddir. Səma cisimlərini müşahidə etməyin çətinliyinin səbəbi ilə bağlı təxminlər çox müxtəlifdir - onlar planetimizdən uzaqdırlar və çox zəif parlayırlar.
Hekayələr və adlar
1785-ci ildə Herşelin müşahidə etdiyi qoşa ulduzlar siyahısında bir cisim peyda oldu. Ulduz 40 Eridani B adlandırıldı. Məhz o, ağ kateqoriyadan görünən ilk insan sayılır.cırtdanlar. 1910-cu ildə Russell bu göy cisminin rəng temperaturu kifayət qədər yüksək olmasına baxmayaraq, parlaqlığın son dərəcə aşağı səviyyəsinə malik olduğunu fərq etdi. Vaxt keçdikcə bu sinifdən olan göy cisimlərinin ayrıca kateqoriyaya ayrılması qərara alındı.
1844-cü ildə Bessel, Procyon B, Sirius B-ni izləyərək əldə etdiyi məlumatları öyrənərək, onların hər ikisinin zaman-zaman düz bir xəttdən yerdəyişməsi qərarına gəldi, yəni yaxın peyklər var. Belə bir fərziyyə elmi ictimaiyyətə çətin görünürdü, çünki heç bir peyk görünmürdü, halbuki kənarlaşmalar yalnız kütləsi olduqca böyük olan (Sirius, Procyona bənzəyən) səma cismi ilə izah edilə bilərdi.
1962-ci ildə o dövrdə mövcud olan ən böyük teleskopla işləyən Klark Sirius yaxınlığında çox tutqun bir göy cismini müəyyən etdi. Besselin çoxdan əvvəllər təklif etdiyi eyni peyk olan Sirius B adlandırılan o idi. 1896-cı ildə tədqiqatlar göstərdi ki, Procyonun da peyki var - o, Procyon B adlanırdı. Buna görə də Besselin fikirləri tam təsdiqini tapdı.
