Berjuta-juta tahun dari sekarang, ketika matahari berada dalam tahap akhir kematiannya (iaitu, selepas ia telah mengewap Bumi), inti heliumnya akan runtuh dengan sendirinya, menghancurkan bola bola yang bercahaya kuat yang dipanggil kerdil putih .
Tetapi sementara batu nisan bintang ini sudah melintangi landskap galaksi kita, pedalaman mereka tetap menjadi teka-teki dalam fizik - yang tidak mengejutkan, memandangkan mereka aneh.
Baru-baru ini, sepasang penyelidik telah mencipta model canggih untuk "melihat" bahagian kerdil putih. Dan rasa apa? Ganjil-ganjil kosmik ini boleh menimbulkan rasa malu di bumi, kerana mereka kelihatan mempunyai pusat berkrim penuh dengan cecair kuantum eksotik.
Bintang yang berbangga
Bintang-bintang seperti matahari kita mendapatkan tenaga mereka dengan menggabungkan hidrogen ke dalam helium dalam teras mereka. Pembuatan tenaga ini tidak dapat bertahan selama-lamanya - akhirnya hidrogen yang ada habis dan pesta berhenti. Tetapi hampir hujung nyawa mereka, bintang-bintang boleh menghidupkan lampu secara ringkas dengan membakar helium, meninggalkan ketiadaan karbon, oksigen yang tidak aktif.
Tetapi bintang kecil seperti matahari kita tidak mempunyai oomph graviti yang mencukupi untuk menggabungkan karbon dan oksigen ke dalam unsur-unsur yang lebih berat seperti magnesium atau besi, dan supaya mereka mati, menjadikan diri mereka keluar dan melepaskan atmosfera mereka menjadi yang indah (atau berdarah, bergantung kepada anda sudut pandangan) nebula planet.
Inti karbon dan oksigen kekal di belakang, sebahagian besar jisim bintang yang terkunci di dalam teras tidak lebih besar dari Bumi. Apabila ahli astronomi mula-mula menemui objek-objek aneh ini - kini dikenali sebagai kerdil putih - mereka menganggap mereka tidak mungkin, dengan ketumpatan yang dihitung melonjak melebihi satu bilion kali dari udara yang kita nafas. Bagaimanakah sesuatu mempunyai ketumpatan yang begitu ketara dan bukan hanya runtuh di bawah beratnya yang mengerikan?
Tetapi kerdil putih tidak mustahil, dan pandangan teoritis pada awal abad ke-20 menyelesaikan misteri bagaimana kerdil putih mungkin ada. Jawapannya datang dalam bentuk mekanik kuantum, dan kesedaran bahawa pada kepadatan tinggi, alam semulajadi, untuk meletakkannya semata-mata, sangat pelik. Dalam kes kerdil putih, hanya sebilangan elektron yang boleh dibungkus di dalamnya. Oleh kerana elektron-elektron berputar ini menangkis satu sama lain, bersama-sama mereka mencipta tekanan yang mencukupi untuk memastikan bintang-bintang mati melompat, walaupun walaupun kekuatan graviti yang hampir menggembirakan.
Dan makhluk-makhluk yang begitu hebat boleh hidup selama berbilion tahun.
Pusat penuh krim
Walaupun pengiraan awal ini memperlihatkan bagaimana kerdil putih dapat wujud di alam semesta kita, ahli astrofizik tahu bahawa penerangan ringkas tidak akan menangkap apa yang berlaku dalam teras eksotik seperti itu. Lagipun, ini adalah keadaan perkara yang tidak dapat dicapai sepenuhnya oleh makmal dan eksperimen di sini di Bumi - siapa yang mengetahui sifat-sifat permainan aneh yang mungkin sampai di dalam hati yang mati ini?
Ahli fizik dan ahli astronomi sama-sama tertanya-tanya tentang pedalaman kerdil putih selama beberapa dekad sekarang, dan dalam makalah baru-baru ini yang terdapat di jurnal pra arXiv, sepasang ahli fizik teoretikal Rusia telah mencadangkan model baru teras dalam kerdil putih, memperincikan bagaimana model mereka membina dan menyimpang dari kerja awal, dan bagaimana pemerhati berpotensi untuk mengetahui jika model baru mereka tepat.
Dalam model baru ini, para saintis menyimulasikan inti kerdil putih yang terdiri daripada hanya satu jenis nukleus yang dikenakan berat (ini tidak sepenuhnya tepat, kerana kerdil putih adalah campuran beberapa unsur seperti karbon dan oksigen, tetapi ia titik permulaan yang cukup baik), dengan zarah-zarah ini direndam dalam sup elektron yang tebal.
Persediaan ini mengandaikan bahawa kerdil putih cukup hangat untuk mempunyai cecair dalaman, yang merupakan andaian yang munasabah, memandangkan apabila mereka dilahirkan (atau sebaliknya, apabila mereka akhirnya terdedah selepas kematian bintang tuan rumah mereka), mereka mempunyai suhu yang baik lebih daripada satu juta darjah kelvin.
Lapisan terluar kerdil putih terdedah kepada persekitaran yang dingin dari vakum tulen, yang membolehkan hidrogen menetap di permukaan, memberikan suasana yang ringan dan nipis. Dan pada masa yang melampau, kerdil putih keren, akhirnya membentuk kristal raksasa, tetapi itu cukup lama sehingga sebahagian besar, kerdil putih dipenuhi dengan cecair kuantum eksotik karbon dan oksigen, jadi model yang digunakan dalam kajian ini adalah agak tepat untuk sebahagian kecil daripada hayat kerdil putih.
Permukaan tandatangan
Oleh kerana nyalaan putih-kerdil mewakili salah satu persekitaran yang paling luar biasa di alam semesta, mengkaji mereka boleh mendedahkan beberapa sifat dalam mekanik kuantum dalam keadaan yang melampau. Tetapi kerana ahli-ahli sains tidak boleh berharap untuk tali di kerdil putih berhampiran untuk membawanya untuk vivisection, bagaimana kita boleh melihat di bawah tudung?
Para penyelidik model baru menunjukkan bagaimana cahaya yang diberikan oleh kerdil putih dapat menjadi haba yang berlainan. Kerdil putih tidak menghasilkan haba sendiri; suhu sengit mereka adalah hasil daripada tekanan graviti melampau yang mereka hadapi ketika mereka berada di dalam bintang. Tetapi apabila bintang tuan rumah mereka bertiup dan mereka terdedah kepada ruang, mereka bersinar dengan kuat - dalam beberapa ribu tahun pertama selepas mendedahkan mereka, mereka sangat panas mereka mengeluarkan radiasi X-ray.
Tetapi sejuk mereka lakukan, begitu perlahan, bocor panas mereka sebagai radiasi ke angkasa. Dan kita telah menonton kerdil putih cukup lama sehingga kita dapat melihatnya sejuk selama bertahun-tahun dan beberapa dekad. Seberapa cepat mereka menyejukkan bergantung kepada bagaimana cekap haba terjebak mereka dapat melarikan diri ke permukaan mereka - yang bergantung pada sifat sebenar keberanian mereka.
Satu lagi ciri yang ditunjukkan para penyelidik boleh digunakan untuk menyiasat di dalam kerdil putih adalah kebiasaannya yang sangat sedikit. Akin dengan cara seismografi digunakan untuk mengkaji inti bumi, solek dan karakter kerdil putih mengubah bagaimana getaran akan memaparkan diri mereka di permukaan.
Akhir sekali, kita boleh menggunakan populasi kerdil putih untuk mendapatkan petunjuk mengenai bahagian dalaman mereka, kerana hubungan antara jisim dan saiz mereka bergantung pada hubungan kuantum-mekanik yang tepat yang mengawal pedalaman mereka.
Khususnya, penyelidikan baru menunjukkan bahawa kebanyakan kerdil putih harus menyejuk lebih cepat dari yang biasa kita pikirkan, bergetar sedikit kurang sering daripada model yang lebih tua mencadangkan dan sedikit lebih besar dari yang diharapkan daripada jika kita tidak mengambil kira model ini lebih realistik. Kini terserah kepada para astronom untuk membuat pengukuran yang cukup tepat untuk melihat apakah kita benar-benar memahami persekitaran eksotik ini, atau jika kita perlu mengambil retak yang lain.
- 8 Cara Anda Boleh Lihat Einstein's Teori Relativiti dalam Kehidupan Nyata
- 11 Fakta Menarik Mengenai Bima Sakti kami Galaxy
- 11 Masalah Terbukti Terbesar Mengenai Masalah Gelap
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah Tanya Spaceman dan Radio Angkasa, dan pengarang Tempat Anda di Semesta.
