Vědci napodobili podmínky na povrchu bílých trpaslíků

12.02. 13:04 | Autor: Radek John

Systém J0806, 1600 světelných let od Země, složený ze dvou bílých trpaslíků. Oběhnou okolo sebe za 321 sekund.

Podle spekter vodíkových atomů to vypadá, že na povrchu vyhaslých hvězd panuje silné magnetické pole. Je tak silné, že se nedá vyrobit na Zemi a ověřit, zda spektrum vodíku opravdu mění předpokládaným způsobem. Povedlo se však vytvořit náhražku.

Fosfor přimíchaný do krystalové mřížky křemíku se může chovat jako vodík na povrchu bílých trpaslíků. Tvrdí to skupina fyziků, vedená Benedictem Murdinem ze Surreyské univerzity v britském Guildfordu, v dnešním čísle časopisu Nature Communications. Bílí trpaslíci jsou neaktivní hvězdné pozůstatky. Vyzařují jen tepelnou energii, kterou nastřádali během svého mládí. Jejich hmota je extrémně hustá. Podle teoretických předpovědí v ní panují zvláštní fyzikální poměry. Mimo jiné i silné magnetické pole. Jeho přítomnost se dá odvodit z pozměněných spekter atomů vodíku.

Pokud dost zahřejete nějakou látku, začnou elektrony v jejích atomech přecházet z nižších energetických hladin na vyšší. Když se vrací zpátky, vyzáří rozdíl energií jako částice světla, fotony. Na energii fotonu závisí jeho vlnová délka, která odpovídá barvě. Každý prvek má svou unikátní kombinaci elektronových hladin.

Odpovídá jim i unikátní soubor vlnových délek světla, v nichž může zářit, takzvaných spektrálních čar. Chování atomů se dá předem vypočítat a vyzkoušet v laboratoři. Některé fyzikální jevy spektra mění. Patří k nim i jev Zeemanův. Projevuje se, pokud se atomy dostanou do magnetického pole. Počet čar se jeho vlivem zvyšuje.

Fosfor místo vodíku

Podle světla, přicházejícího z bílých trpaslíků, fyzikové usuzují, že jsou atomy vodíku na jejich povrchu v magnetickém poli o síle okolo miliardy gauss. To je hodně. Magnetické pole Země má okolo 0,4 gauss, Slunce okolo jedné. Jenže účinky silných magnetických polí na atomy se nedají ověřit v laboratoři, právě proto, že jsou tak silná. Zatím není v moci lidské techniky je vytvořit, ačkoliv dokážeme vytvořit pole o statisících gaussů. Vědci byli dosud odkázáni na teoretické předpovědi.

Murdinův tým ale prokázal stejný typ posunu v poli o síle 328 tisíc gauss. Místo vodíku použili fosforovou příměs v krystalu křemíku, která se chová podobně jako volné vodíkové atomy i ve slabším magnetickém poli. Podařilo se jim změřit stejná zeemanovská spektra, jaká zaznamenávají při svých pozorováních astrofyzici, jen lepší, protože byla zbavená náhodného šumu. Pravděpodobnost, že jsou představy vědců o podmínkách na bílých trpaslících správné, se tak zvýšila.

Hvězdná kariéra

Osud bílého trpaslíka čeká devadesát sedm procent všech hvězd z naší galaxie, která nejsou dost velké, aby se staly neutronovou hvězdou nebo černou dírou. Hvězdy svítí, protože se v jejich jádru slučují atomy vodíku na helium. Při reakci se uvolňuje energie, která brání jejich gravitačnímu zhroucení a udržuje je miliardy let ve zhruba stejném stavu. Změna přijde, až když hvězdě dojde vodíkové palivo. Jádro hvězdy se začne smršťovat.

Jeho okolí se ohřívá. Přeměna vodíku na hélium se spustí i v oblastech, které dřív nebyly dost žhavé. Celá hvězda se rozpíná. Změní se v červeného obra. Její jádro se dál zahřívá. Rozběhnou se v něm další jaderné reakce, při nichž se slučují lehčí prvky na těžší. Většina hvězd skončí u uhlíku. Vyhořelou slupku odvrhne a stane se pouhým zbytečkem původní velikosti, bílým trpaslíkem.

Foto: Tod Strohmayer (NASA) a Dana Berry (Chandra X-ray Observatory).

Autor: Radek John