Atmosfera białego karła odtworzona w laboratorium

Białe karły to świecące bryły węgla pozostałe po tym, jak gwiazdy zużyły całe swoje paliwo. Są gorące, gęste i małe, zazwyczaj z masą Słońca upakowaną w Ziemi.

Struktura tych obiektów jest złożona. Astronomowie nie widzą świecących węgli, ponieważ białe karły są zawsze otoczone cienką, gęstą warstwą gazu, przyciąganą przez intensywną grawitację gwiazdy.

To właśnie ten gaz świeci intensywnym białym światłem w temperaturach zwykle od 8000 K do 16 000 K – dla porównania atmosfera Słońca ma około 6000 K. Gaz składa się głównie z wodoru, ale może również zawierać hel, różne metale i węgiel.

Wszystkie te elementy można łatwo zidentyfikować, patrząc na charakterystyczne częstotliwości, przy których emitują i pochłaniają światło, technika znana jako spektroskopia. Jednak intensywne ciepło i ciśnienie na powierzchni tych gwiazd zniekształcają widma, powodując na przykład rozchodzenie się linii.

Jest to przydatne dla astronomów, ponieważ mogą wykorzystać te zniekształcenia do obliczenia ciśnienia na powierzchni, które zależy od grawitacji powierzchniowej. W połączeniu z innymi danymi, takimi jak pomiary temperatury, pozwala to obliczyć promień i masę gwiazdy.

Tak więc spektroskopia jest niezwykle potężnym narzędziem.

Jest jednak problem. Obliczone w ten sposób masa i promień nie zawsze zgadzają się z wartościami obliczonymi w inny sposób, np. poprzez pomiar ruchu gwiazdy w przestrzeni.

Astronomowie chcą więc lepiej zrozumieć procesy, które wpływają na widma atmosfer białych karłów.

Wejdź do Ross Falcon w Sandia National Laboratories w Nowym Meksyku i kilku kumpli. Sandia ma najpotężniejszą na świecie maszynę rentgenowską, urządzenie znane jako Z Pulsed Power Facility.

Ci faceci używają promieni rentgenowskich z tej maszyny do podgrzewania cienkiej ściany złota na końcu probówki zawierającej wodór. Złoto szybko podgrzewa wodór, tworząc plazmę o wysokiej gęstości w temperaturze około 10 000 K.

To mniej więcej dokładnie odwzorowuje warunki panujące w atmosferze białego karła. Falcon i spółka mierzą następnie widmo gazu, aby zobaczyć, jak wpływają na niego warunki.

Korzystając z danych, ci goście byli w stanie udoskonalić modele atmosfer białych karłów, aby lepiej zrozumieć na przykład same gwiazdy, ich masę i promień.

Jednak praca jest daleka od zakończenia. Falcon i spółka chcą teraz uwzględnić niektóre inne pierwiastki, które pojawiają się w widmach białego karła. Rozpoczęli wstępne eksperymenty z helem i mają nadzieję zbadać widma węgla i tlenu w najbliższej przyszłości.

Poza tym Falcon i spółka chcą odtworzyć potężne pola magnetyczne, które istnieją wokół niektórych białych karłów, aby zobaczyć, jaki wpływ mają one na widma.

Łatwiej powiedzieć niż zrobić. Z Pulsed Power Facility nie ma problemu z generowaniem silnych pól magnetycznych – trudność polega na wykorzystaniu ich w kontrolowany sposób w eksperymencie. Jest więc praca do wykonania przez grupę Falcona i inne osoby również pracujące w Sandii.

Ale odtwarzanie powierzchni gwiazd na Ziemi – to fajne.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1210.0832 : Tworzenie fotosfer białych karłów w laboratorium: strategia dla zastosowań astrofizyki

ukryć