מיליארדי שנים מעכשיו, כאשר השמש נמצאת בגרוני המוות הסופיים שלה (כלומר לאחר שכבר אידה את כדור הארץ), ליבת הליום שלה תקרוס על עצמה, תתכווץ לכדור דחוס היטב של גז זוהר המכונה גמד לבן .
אך בעוד המצבות הכוכבות הללו כבר מנקדות את הנוף הגלקטי שלנו, הפנים שלהם נשארים חידה בפיזיקה - וזה לא מפתיע, נוכח כמה שהם מוזרים.
לאחרונה יצרו זוג חוקרים מודל מתוחכם "להביט" בפנים של גמד לבן. ונחש מה? הכדורים הקוסמיים האלה יכלו לבייש את הכמהין הארציים, מכיוון שנראה שיש להם מרכזים שמנתיים מלאי נוזלים קוונטיים אקזוטיים.
הכוכב שהיה פעם גאה
כוכבים כמו השמש שלנו משיגים את האנרגיה שלהם על ידי מיזוג מימן בהליום בעומק הליבות שלהם. הפקת אנרגיה זו אינה יכולה להימשך לנצח - בסופו של דבר המימן הזמין נגמר והמפלגה נפסקת. אך בסיום סוף חייהם, כוכבים יכולים להדליק את האורות בקצרה על ידי שריפת הליום ולהשאיר אחריהם גרעין אינרטי ומת של פחמן וחמצן.
אבל לכוכבים קטנים כמו השמש שלנו אין מספיק מומף כבידה בכדי להמיס פחמן וחמצן באלמנטים כבדים יותר כמו מגנזיום או ברזל, וכך הם מתים, הופכים את עצמם פנימה החוצה ומשחררים את האטמוספרה שלהם לכדי יפה (או גורי, תלוי ב נקודת מבט) ערפילית פלנטרית.
גרעין פחמן וחמצן זה נשאר מאחור, חלק ניכר ממסת הכוכב הנעולה בתוך גרעין שאינו גדול מכדור הארץ. כאשר גילו האסטרונומים לראשונה את העצמים המוזרים האלה - הידועים כיום כגמדים לבנים - הם חשבו שהם בלתי אפשריים, עם צפיפות מחושבת העולה על פי מיליארד מהאוויר שאנו נושמים. כיצד יכול להיות שיש למשהו צפיפות כה קיצונית ולא פשוט לקרוס תחת משקלו האיום משלו?
אבל גמדים לבנים אינם בלתי אפשריים, ותובנות תיאורטיות בראשית המאה העשרים פתרו את התעלומה של איך גמדים לבנים יכולים להתקיים. התשובה הגיעה בצורה של מכניקת הקוונטים, וההבנה שבצפיפות גבוהה הטבע הוא, במילים פשוטות, מאוד מוזר. במקרה של גמדים לבנים, ניתן לארוז רק מספר מסוים של אלקטרונים בפנים. מכיוון שהאלקטרונים המסתובבים האלה דוחים זה את זה, הם יחד יוצרים לחץ מספיק בכדי להשאיר את הכוכבים המתים בכושר, לעמוד אפילו בכוחות הכובד הכמעט מוחצים.
וכך גוויות כוכבים יכולות לחיות טריליוני שנים.
מרכזים מלאי קרם
בעוד שחישובים מוקדמים אלה הראו כיצד גמדים לבנים יכולים להתקיים ביקום שלנו, אסטרופיזיקאים ידעו שתיאורים פשוטים לא יתפסו במלואם את המתרחש בליבות אקזוטיות כאלה. אחרי הכל, זהו מצב של חומר שאינו נגיש לחלוטין למעבדות וניסויים כאן על כדור הארץ - מי יודע לאילו משחקים מוזרים הטבע עשוי להגיע, עמוק בתוך לבבות מתים אלה?
פיזיקאים ואסטרונומים כאחד תוהים על פנים גמדים לבנים זה עשרות שנים, ובמאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת המקדים arXiv הציעו זוג פיזיקאים תיאורטיים רוסים מודל חדש של הליבות העמוקות בגמדים לבנים, המפרט כיצד המודל שלהם בנוי וחורג מהעבודה הקודמת וכיצד הצופים יכולים לדעת אם המודל החדש שלהם מדויק.
במודל החדש הזה המדמים הדמו את ליבת הגמד הלבן כמורכב רק מסוג גרעינים טעונים כבדים (זה לא לגמרי מדויק, שכן הגמדים הלבנים הם תערובת של כמה יסודות כמו פחמן וחמצן, אבל זה נקודת התחלה טובה מספיק), כאשר החלקיקים האלה שקועים במרק עבה של אלקטרונים.
מערך זה מניח כי גמדים לבנים חמים מספיק כדי שיהיו להם פנים נוזלים, וזו הנחה סבירה, בהתחשב בכך שכאשר הם נולדים (או ליתר דיוק, כאשר הם נחשפים סוף סוף לאחר מותם של הכוכבים המארחים שלהם), יש להם טמפרטורות היטב יותר ממיליון מעלות קלווין.
השכבות החיצוניות ביותר של גמד לבן נחשפות לסביבה הקפואה של ואקום טהור, ומאפשרות מימן להתיישב על פני השטח, ומעניקה להם אווירה קלילה ודקה. ובתקופות קיצוניות, גמדים לבנים אמנם מתקררים, ובסופו של דבר הם יוצרים גביש ענק, אך זה מספיק זמן רחוק שלרוב, הגמדים הלבנים מתמלאים בנוזל קוונטי אקזוטי של פחמן וחמצן, כך שהמודל המשמש במחקר זה הוא מדויק יחסית לשבריר גדול מחייו של גמד לבן.
משטחי חתימה
מכיוון שאומני הגמד הלבן מייצגים את אחת הסביבות הבלתי שגרתיות ביקום, לימודן יכול לחשוף כמה תכונות עמוקות של מכניקת הקוונטים בתנאים קיצוניים. אך מכיוון שמדענים לעולם לא יכולים לקוות לחבל בגמד לבן סמוך בכדי להכניס אותו לוויוויזציה, כיצד נוכל אולי להסתכל מתחת למכסה המנוע?
החוקרים של המודל החדש הראו כיצד האור המוענק על ידי הגמדים הלבנים יכול להיות חום שונה. גמדים לבנים אינם מייצרים חום בכוחות עצמם; הטמפרטורות האינטנסיביות שלהן הן תוצאה של לחצי הכבידה הקיצוניים שעמם התמודדו כשהיו בתוך כוכבים. אבל ברגע שהכוכב המארח שלהם מתפוצץ והם נחשפים לחלל, הם זוהרים בעוצמה - באלפי השנה הראשונות אחרי הגילוי הגדול שלהם, הם כל כך חמים שהם פולטים קרינת רנטגן.
אבל הם מתקררים, לאט לאט, ומדלפים את החום שלהם כקרינה לחלל. ואנחנו צופים בגמדים לבנים מספיק זמן כדי שנוכל לראות אותם מתקררים במהלך שנים ועשרות שנים. כמה מהר הם מתקררים תלוי באיזו יעילות החום הלכוד שלהם יכול לברוח למשטחים שלהם - וזה בתורו תלוי באופי המדויק של אומותיהם.
מאפיין נוסף שהראו החוקרים שאפשר להשתמש בו כדי לחקור בתוך גמדים לבנים הוא הנדנדה הקלה עד כה. אקין לאופן השימוש בסיסמוגרפיה לחקר גרעין כדור הארץ, איפורו ואופיו של גמד לבן משנה את האופן בו התנודות יציגו את עצמן על פני השטח.
לבסוף, אנו יכולים להשתמש באוכלוסיות של גמדים לבנים כדי לקבל רמז על פנים הפנים שלהם, מכיוון שהקשר בין ההמונים לגודל שלהם תלוי במערכות היחסים הקוונטיות-מכניות המדויקות המסדירות את הפנים שלהם.
בפרט, המחקר החדש מציע שרוב הגמדים הלבנים צריכים להתקרר מהר יותר ממה שהיינו חושבים, לרטוט מעט פחות לעתים קרובות ממה שמציעים דגמים ישנים ולהיות מעט גדולים מהצפוי מאשר אם לא ניקח בחשבון את המודל הריאליסטי יותר. כעת, על האסטרונומים לבצע מדידות מספיק מדויקות בכדי לבדוק אם אנו באמת מבינים את הסביבות האקזוטיות הללו, או אם עלינו לעשות זאת עוד סדק.
- 8 דרכים בהן תוכלו לראות את תורת היחסות של איינשטיין בחיים האמיתיים
- 11 עובדות מרתקות על גלקסיית שביל החלב שלנו
- 11 השאלות הגדולות ביותר שלא נענו על חומר אפל
פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של תשאל איש חלל ו רדיו שטח, ומחבר מקומך ביקום.
