Białe karły to gwiazdy, których garstka materii waży więcej niż 10 ciężarówek z cementem. Jedna z nich – Syriusz B – będzie już niebawem widoczna na jesiennym i zimowym niebie.
Naszym zwyczajowym standardem oceny gęstości poszczególnych substancji jest woda, dość powszechnie występujący wokół związek. Akwarium pełne wody, o ściankach długości około 30 centymetrów waży, 28,3 kilograma, co czyni go niełatwym do przeniesienia. Objętość wody zawartej w kostce o wymiarach kostki cukru — jeden centymetr sześcienny — to 1 gram.
Gwiazdy takie jak Słońce mają podobną gęstość jak woda, ewentualnie nieco większą. Ale kiedy gwiazda zapada się w ostatnich etapach swojego życia, a jej materiał coraz bardziej się zagęszcza, rezultatem jest błyszcząca jasna kula o trudnej do wyobrażenia sobie gęstości.
Gwiazda ważąca początkowo od połowy do około 1,4 masy Słońca – a tyle właśnie waży większość gwiazd we Wszechświecie – ostatecznie zużywa swój zapas paliwa jądrowego, po czym zapada się w dość przewidywalny sposób, który nie powoduje wybuchu supernowej. Gdy zatem Słońcu wyczerpie się już paliwo jądrowe, a jego wewnętrzny reaktor nuklearny zatrzyma się, zaniknie pochodząca z wnętrza gwiazdy energia promieniowania, będąca w stanie skutecznie oprzeć się własnej grawitacji takiego obiektu. Wówczas gwiazda zaczyna kolapsować – zapadać się grawitacyjnie. Gwiazda o początkowej masie zbliżonej do masy Słońca przestaje jednak po pewnym czasie dalej się zapadać i zagęszczać, ponieważ, zgodnie z mechaniką kwantową, każda cząstka subatomowa wymaga pewnej swobody. Tym samym ciśnienie zdegenerowanych elektronów zatrzymuje dalsze kurczenie się umierającej gwiazdy. Ale wcześniej ona sama zdąży się znacznie zmniejszyć, do bardzo osobliwej postaci.
Cofnijmy się teraz do końca XVIII wieku, gdy urodzony w Niemczech brytyjski astronom William Herschel odkrył potrójny układ gwiazd 40 Eridani (znany również jako Omicron2 Eridani). Ta gwiezdna trójka, łatwa do rozdzielenia na niebie już przez niewielki teleskop, zawiera słabą czerwoną, słabą białą i znacznie jaśniejszą żółtą gwiazdę. W 1910 astronomowie Henry Russell, Edward Charles Pickering i Williamina Fleming zdali sobie sprawę z faktu, że owa biała gwiazdka – 40 Eridani B – musi być naprawdę mała, pomimo niewielkiej jasności była bowiem białą gwiazdą typu widmowego A. Była to niespodzianka. To właśnie implikowało, że musi mieć bardzo małe rozmiary. Czegoś takiego jeszcze nie znano.
Jednak jeszcze w roku 1844 niewielkie, regularne ruchy gwiazdy Syriusz doprowadziły słynnego niemieckiego astronoma Friedricha Bessela do wniosku, że na gwiazdę tą wpływa grawitacyjnie jakiś słabo widoczny towarzysz. Innymi słowy, chybotanie się gwiazdy związane jest z tym, że należy ona do układu podwójnego. Prawie 20 lat później potwierdził to słynny producent teleskopów, Alvan Clark. Podczas testowania swojego najnowszego instrumentu, 18,5-calowego refraktora, zdołał ujrzeć słabą "kropkę" o jasności 8,5 magnitudo obok olśniewającego Syriusza w Orionie – i to mniej więcej tam, gdzie jej obecność przewidział wcześniej Bessel. Wkrótce nazwano ją Syriuszem B.
Z kolei z tego, że gwiazda 40 Eridani B jest niezwykle mała, zdano sobie sprawę w 1910 roku. Kilka lat później astronomowie uznali Syriusza B za należącego do tej samej kategorii drobnych gwiazd. W roku 1922 Willem Luyten po raz pierwszy użył terminu biały karzeł do opisania ich obu.
Dzięki temu, że Syriusz B jest członkiem układu podwójnego, możliwe było dokładne wyznaczenie jego masy. Co ciekawe, jest ona zbliżona do masy Słońca. W 2005 roku z dużą precyzją zmierzono również jego średnicę. Wynosi 12 070 km, co oznacza, że gwiazda ta musi być zaledwie o 640 km mniejsza od... Ziemi. Ale takie upakowanie ogromnej masy Słońca w maleńką kulkę wielkości Ziemi oznacza, że materia obecna w Syriuszu B jest prawie 100 000 razy gęstsza niż znane nam z życia codziennego żelazo. Próbka materiału z tego białego karła o wielkości talii kart byłaby cięższa niż 10 ciężarówek z cementem. Syriusz B ma przy tym tak silne pole grawitacyjne, że bez trudu ugina promienie światła.
Ze zidentyfikowanych do dziś 9000 białych karłów Syriusz B jest też najbliżej nas. Co ciekawsze, jest nawet jak na białego karła obiektem niezwykłym, ponieważ większość z nich ma masy dochodzące do zaledwie dwóch trzecich masy Słońca. Syriusz B to zatem waga ciężka pośród nich. Gwiazda obecnie nie produkuje w swym wnętrzu żadnego nowego ciepła. Reakcje jądrowe ustały w niej całkowicie. Schładza się stopniowo, ale zajmie jej to sporo czasu, ponieważ nadal jest bardzo gorąca, z temperaturami rzędu 25000 stopni Kelwina. W rzeczywistości Syriusz B jest znacznie gorętszy niż większy i jaśniejszy od niego Syriusz A.
Na ilustracji: Syriusz B - orbita. Źródło: FrancescoA/ Public domain Wikimedia Commons
Wydłużona, 50-letnia orbita, po której Syriusz B obiega składnik centralny układu podwójnego, sprawia, że ich fizyczna odległość znacznie się zmienia – od mniej więcej odległości dzielącej w naszym układzie Słońce i Saturna do tej odpowiadającej średniemu dystansowi między Słońcem, a Neptunem. Jeśli więc chodzi o amatorskie obserwacje, najlepsza okazja do oglądania białego karła w Syriuszu pojawi się już za rok. Separacja kątowa pomiędzy składnikami układu wzrośnie wówczas aż do 11 sekund kątowych (to tyle, co jedna czwarta pozornej szerokości tarczy Jowisza na niebie).
Na ilustracji: W świetle widzialnym Syriusz A jest najjaśniejszą gwiazdą na północnym niebie, podczas gdy jego towarzysz, Syriusz B, jest 10 000 razy ciemniejszy. Ale na zdjęciach rentgenowskich takich jak to bez trudu przewyższa on jasnością większą gwiazdę. Źródło: NASA/SAO/CXC
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Biały karzeł żyjący na krawędzi
- Syriusz B - jak obserwować?
- Narodziny i życie gwiazd – wykład online
Źródło: Astronomy.com
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca niebieskawego białego karła Syriusza B (po prawej stronie, w środku), który okrąża swojego masywnego towarzysza, Psią Gwiazdę Syriusza, z okresem 50 lat. Źródło: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
