Sterrekunde

Hou die struktuur van gekristalliseerde wit dwerg verband met kernpasta?

Hou die struktuur van gekristalliseerde wit dwerg verband met kernpasta?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Daar is nuus oor 'n ontleding van 'n groot aantal nabygeleë wit dwerge wat 'n 'stapel' op 'n sekere punt in hul verkoeling onthul, wat voorspel is dat dit sou gebeur as gevolg van 'n faseverandering waar kernmateriaal kristaliseer. Dit is analoog aan 'n mengsel van ys en water wat by 0C agterbly terwyl dit besig is om te vries (of te ontdooi).

Hoe lyk hierdie kristallyne materiaal? Is dit regtig 'n rooster van koolstof- en suurstofkerne in een of ander herkenbare struktuur (kubieke BCC ... ens.)? Hou dit verband met kernpasta?

Aard: kernkristallisasie en opstapeling in die verkoelingsvolgorde van ontwikkelende wit dwerge


Dit word vermoedelik kristallyn in dieselfde sin dat diamante 'n kristal is. Die wisselwerking tussen die positief gelaaide ione word baie groter as hul termiese energieë en hulle sak in 'n kristalrooster.

Dit laat albei latente hitte vry en verhoog die termiese hittevermoë van die ione (verdubbel dit ongeveer). Dit veroorsaak 'n "ophoop" van wit dwerge met binnetemperature rondom die kristallisasie-fase-oorgang. Die opstapeling is egter nie te steil nie, want die vriespunt styg met die digtheid en die wit dwergbinne is ongeveer isotermies. Dit beteken dat hulle van binne na buite vries.

Die kristallyne struktuur sal na verwagting bcc wees.

Ek dink die enigste ding wat gemeen het met kernpasta, is dat dit albei fase-oorgange is. Kernpasta is die samevoeging van nukleone (neutrone en protone) in waansinnige vorms om die totale energiedigtheid van die gas te verminder. Die temperatuur is hier nie regtig 'n probleem nie, en dit hou alles verband met digtheid.


Die bou van magnetiese velde in wit dwerge

Wit dwerge, die kompakte oorblyfsels wat aan die einde van sterre se lae leeftyd en mediummassa oorbly, het dikwels magnetiese velde met sterkte wat wissel van duisende tot miljarde keer die aarde. Maar hoe vorm hierdie velde?

Meervoudige moontlikhede

Ongeveer 10-20% van die wit dwerge het waargeneem dat dit meetbare magnetiese velde met 'n wye verskeidenheid sterk punte het. Daar is verskillende teorieë oor hoe hierdie velde gegenereer kan word:

  1. Die lande is "fossiel".
    Die oorspronklike swak magnetiese velde van die stamvadersterre is versterk namate die sterre se kerne in wit dwerge ontwikkel het.
  2. Die velde word veroorsaak deur binêre interaksies.
    Wit dwerge wat ontstaan ​​het by die samesmelting van 'n binêre paar, het moontlik 'n magneetveld laat versterk as gevolg van 'n dinamo wat tydens die samesmelting gegenereer is.
  3. Die velde is geproduseer deur 'n ander interne fisiese meganisme tydens die verkoeling van die witdwerg self.

In 'n onlangse publikasie het 'n span skrywers onder leiding van Jordi Isern (Instituut vir Ruimtewetenskappe, CSIC en Instituut vir Ruimtestudies in Katalonië, Spanje) hierdie derde moontlikheid ondersoek.

Dinamos uit kristallisering

Die binneste en buitenste grense van die konvektiewe mantel van koolstof / suurstofwit dwerge van twee verskillende massas (boonste versus onderste paneel) as 'n funksie van die helderheid. Namate die wit dwerg afkoel (na regs), word die mantel dunner as gevolg van die kristallisering en afsakking van materiaal. [Isern et al. 2017]

Die gekristalliseerde fase van die wit dwerg is suurstofryk - wat digter is as die vloeistof, dus sink die gekristalliseerde materiaal na die middel van die dwerg terwyl dit stol. As gevolg hiervan vorm die wit dwerg 'n soliede, suurstofryke kern met 'n vloeibare, koolstofryke mantel wat Rayleigh-Taylor onstabiel is: as kristallisering voortduur, sak die vaste stowwe uit die mantel.

Deur hierdie proses analities te modelleer, toon Isern en medewerkers aan dat die Rayleigh-Taylor-onstabiliteit in die konvektiewe mantel 'n dinamo kan dryf wat groot genoeg is om die sterkte wat ons in wit dwerge waargeneem het, te genereer.

Magnetiese velddigtheid as 'n funksie van die dinamiese energiedigtheid. Die plot toon Aarde en Jupiter (swart kolletjies), T Tauri-sterre (siaan), M-dwergsterre (magenta) en twee soorte wit dwerge (blou en rooi). Lê dit op dieselfde skaalverhouding? [Isern et al. 2017]

'N Universele proses?

Hierdie opstelling - die soliede kern met 'n onstabiele vloeistofmantel bo - is presies die struktuur wat na verwagting in planete soos Aarde en Jupiter sal voorkom. Daar word ook gedink dat die magnetiese velde van hierdie planete gegenereer word deur konvektiewe dinamo's wat aangedryf word deur die verkoeling en chemiese skeiding van hul binneland - en die proses kan ook vergroot word om rekening te hou met die magnetiese velde van volledig konvektiewe voorwerpe soos T Tauri-sterre. .

As witdwergmagnetiese velde deur dieselfde soort dinamo gegenereer word, kan dit 'n universele proses wees om magnetiese velde in astrofisiese voorwerpe te skep, alhoewel ander prosesse moontlik ook aan die werk is.

Aanhaling

Jordi Isern et al 2017 ApJL 836 L28. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aa5eae


Texas-sterrekundiges ontdek pulsasies in gekristalliseerde sterwende ster

AUSTIN - Sterrekundiges van die Universiteit van Texas in Austin en kollegas het die Otto Struve-teleskoop van 2,1 meter by die McDonald Observatory van die universiteit gebruik om pulsasies uit die gekristalliseerde oorblyfsel van 'n uitgebrande ster te ontdek. Die bevinding sal sterrekundiges toelaat om onder die atmosfeer van die ster en binne-in die binnekant te sien, net soos aardbewings die geoloë toelaat om samestellings onder die aardoppervlak te bestudeer. Die bevindings verskyn in die huidige uitgawe van Die astrofisiese joernaalbriewe.

Die sterrekundiges in Texas het hul ontdekking gedoen in samewerking met sterrekundiges van die Brasiliaanse Universidade Federal do Rio Grande do Sul, die Universiteit van Oklahoma en die Smithsonian Astrophysical Observatory.

Die ster, GD 518, is ongeveer 170 ligjaar van die aarde af in die sterrebeeld Draco, maar heeltemal te flou om sonder 'n teleskoop gesien te word. Dit is 'n wit dwerg, 'n ster aan die einde van sy lewensiklus wat in wese net 'n uitgebrande kern is, die asagtige byproduk van vorige tydperke van kernfusie.

Die ster is uniek deurdat baie daarvan waarskynlik in 'n toestand hang wat meer soos 'n vaste stof is as 'n vloeistof of gas. Die binnekant van sterwende sterre kan kristalliseer word, soortgelyk aan die manier waarop ysige water in ys vries, soos die stadige vorming van gletsers in koel oseaanwater.

"GD 518 is spesiaal omdat dit 'n baie massiewe wit dwerg is: dit het ongeveer 1,2 keer die massa van die son, verpak in 'n volume kleiner as die aarde," het hoofskrywer J.J. Hermes, 'n gegradueerde student aan die Universiteit van Texas in Austin. "Daar is min wit dwerge met soveel massa, en dit is verreweg die mees massiewe wit dwerg wat ontdek is om te polseer."

Die ster het waarskynlik ook 'n binnekant wat uit swaarder elemente bestaan ​​as dié wat in tipiese uitgebrande sterre voorkom.

Ons son sal net warm genoeg word in sy middelpunt vir kernfusie om waterstof in helium te verbrand, en op sy beurt weer die helium tot koolstof en suurstof. Die son sal sy lewe oor meer as vyf miljard jaar beëindig as 'n wit dwerg met sy sentrale streke wat meestal bestaan ​​uit die kerne van koolstof en suurstofatome.

Maar in teenstelling met die son, was die ster wat gesterf het om die witdwerg GD 518 te word, so massief - waarskynlik meer as sewe keer die massa van die son - dat dit elemente wat swaarder brand as koolstof en suurstof verbrand het, en dat dit nou waarskynlik 'n wit dwerg is wat bestaan ​​uit suurstof en neonkerne.

Die ontdekking van pulsasies - veranderings aan die helderheid van die tydperk op die oppervlak van 'n ster wat in hierdie geval elke 400-600 sekondes 'n gereelde deuntjie hou, sal sterrekundiges 'n ongekende geleentheid bied om te verstaan ​​waaruit die binnekant van hierdie sterk ontwikkelde ster bestaan.

Spanlid Barbara Castanheira is 'n nadoktorale navorser by McDonald Observatory. "Soos 'n kind in 'n museum, mag sterrekundiges net kyk, nie aanraak nie, as hulle eksperimente doen," het Castanheira gesê. "Dit beteken dat ons gewoonlik net die oppervlak van 'n ster kan verstaan. Pulsasies, soos die geluid van 'n klok, vertel ons meer van die verhaal, omdat hulle geheime kan ontrafel oor die veel dieper binneste van 'n ster."

Wit dwergsterre smelt nie meer elemente in hul binnekant saam om energie op te wek wat hulle eenvoudig afkoel nie, soos koolbrand wat uit 'n vuur verwyder word. Maar op 'n sekere punt word die atoomkerne in die binnekant van die ster koel genoeg om in 'n traliestruktuur te begin sak en kristalliseer, net soos water wat in ys vries. Dit gebeur gouer in die binnekant van massiewe wit dwerge, en in die geval van GD 518 het dit waarskynlik begin voordat die ster die regte toestande gehad het om pulsasies op te wek. Die oorgang na 'n soliede ster moet ook die manier beïnvloed waarop die wit dwerg van hierdie polsings vibreer.

Sterrekundiges staan ​​nou voor die moeilike taak om die pulstydperke wat in die ster waargeneem word, aan te pas by dié wat deur verskillende modelle van die struktuur van die binnekant voorspel word. Die ontdekkingswaarnemings toon belofte in hierdie rigting, het Hermes gesê.

"Ons sien bewyse dat die sterkte van polsings in hierdie ster baie inkonsekwent is, en soms is die ster so stil soos 'n fluistering," het hy gesê. "Dit kan wees omdat die wit dwerg sterk gekristalliseer is, en dat die polsings slegs in 'n klein bietjie van die buitenste dele van die ster kan voortplant. Hulle het dus min traagheid en is vatbaarder vir veranderinge as die polsings in 'n tipiese vorm. polsende wit dwerg. '

Sterrekundiges van die Universiteit van Texas sal voortgaan om na GD 518 van McDonald Observatory te kyk, en noukeurig luister na enige nuwe note wat die lied wat deur die ultramassiewe sterwende ster gesing word, kan ontrafel.

Hierdie navorsing is ondersteun deur die Norman Hackerman Advanced Research Program en deur die National Science Foundation. Die Universiteit van Texas in Austin McDonald Observatory, naby Fort Davis, Texas, is in 1932 gestig en bied verskeie teleskope aan wat 'n wye verskeidenheid astronomiese navorsing onder die donkerste hemelruim van enige professionele sterrewag in die kontinentale Verenigde State onderneem. McDonald is die tuiste van die Hobby-Eberly-teleskoop wat deur die konsortium bestuur word, een van die grootste ter wêreld, wat binnekort opgegradeer sal word om met die HET Dark Energy Experiment te begin. McDonald Observatory is 'n internasionaal bekende leier op die gebied van astronomie-opvoeding en -reeks, en is ook die baanbreker vir die volgende generasie astronomiese navorsing as 'n grondlegger van die Giant Magellan Telescope.


Sterrekundiges ontdek polsings in gekristalliseerde sterwende ster

Die 2,1 meter (82 duim) Otto Struve-teleskoop aan die McDonald Observatory van die Universiteit van Texas. Foto deur Marty Harris / McDonald Observatory

(Phys.org) —Astronome van die Universiteit van Texas in Austin en kollegas het die Otto Struve-teleskoop van 2,1 meter by die McDonald Observatory van die universiteit gebruik om pulsasies uit die gekristalliseerde oorblyfsel van 'n uitgebrande ster te ontdek. Die bevinding sal sterrekundiges toelaat om onder die atmosfeer van die ster en binne-in te sien, net soos aardbewings die geoloë toelaat om samestellings onder die aarde te bestudeer. Die bevindings verskyn in die huidige uitgawe van The Astrofisiese joernaalbriewe.

Die sterrekundiges in Texas het hul ontdekking gedoen in samewerking met sterrekundiges van die Brasiliaanse Universidade Federal do Rio Grande do Sul, die Universiteit van Oklahoma, en die Smithsonian Astrophysical Observatory.

Die ster, GD 518, is ongeveer 170 ligjaar van die aarde af in die sterrebeeld Draco, maar heeltemal te flou om sonder 'n teleskoop gesien te word. Dit is 'n wit dwerg, 'n ster aan die einde van sy lewensiklus wat in wese net 'n uitgebrande kern is, die asagtige byproduk van vorige tydperke van kernfusie.

Die ster is uniek deurdat baie daarvan waarskynlik in 'n toestand hang wat meer soos 'n vaste stof is as 'n vloeistof of gas. Die binnekant van sterwende sterre kan kristalliseer word, soortgelyk aan die manier waarop ysige water in ys vries, soos die stadige vorming van gletsers in koel oseaanwater.

"GD 518 is spesiaal omdat dit 'n baie massiewe wit dwerg is: dit het ongeveer 1,2 keer die massa van die son, verpak in 'n volume kleiner as die aarde," het hoofskrywer J.J. Hermes, 'n gegradueerde student aan die Universiteit van Texas in Austin. "Daar is min wit dwerge met soveel massa, en dit is verreweg die mees massiewe wit dwerg wat ontdek is om te polseer."

Die ster het waarskynlik ook 'n binnekant wat uit swaarder elemente bestaan ​​as dié wat in tipiese uitgebrande sterre voorkom.

Ons son sal net warm genoeg word in sy middelpunt vir kernfusie om waterstof in helium te verbrand, en weer die helium tot koolstof en suurstof. Die son sal sy lewe oor meer as vyf miljard jaar beëindig as 'n wit dwerg met sy sentrale streke wat meestal bestaan ​​uit die kerne van koolstof en suurstofatome.

Maar in teenstelling met die son, was die ster wat gesterf het om die wit dwerg GD 518 te word, so massief - waarskynlik meer as sewe keer die massa van die son - dat dit elemente wat swaarder brand as koolstof en suurstof verbrand het, en dat dit nou waarskynlik 'n wit dwerg is wat bestaan ​​uit suurstof en neonkerne.

Die ontdekking van polsasies - die helderheidsperiodes verander op die oppervlak van 'n ster wat in hierdie geval elke 400-600 sekondes 'n gereelde deuntjie hou, sal sterrekundiges 'n ongekende geleentheid bied om te verstaan ​​waaruit die binnekant van hierdie ster ontwikkel.

Spanlid Barbara Castanheira is 'n nadoktorale navorser by McDonald Observatory. "Soos 'n kind in 'n museum, mag sterrekundiges net kyk, nie aanraak nie, as hulle eksperimente doen," het Castanheira gesê. "Dit beteken dat ons gewoonlik net die oppervlak van 'n ster kan verstaan. Pulsasies, soos die geluid van 'n klok, vertel ons meer van die verhaal, omdat hulle geheime kan ontrafel oor die veel dieper binneste van 'n ster."

Wit dwergsterre smelt nie meer elemente in hul binnekant saam om energie op te wek wat hulle eenvoudig afkoel nie, soos steenkoolgloed wat uit 'n vuur verwyder word. Maar op 'n sekere punt word die atoomkerne in die binnekant van die ster koel genoeg om in 'n traliestruktuur te begin sak en kristalliseer, net soos water wat in ys vries. Dit gebeur gouer in die binnekant van massiewe wit dwerge, en in die geval van GD 518 het dit waarskynlik begin voordat die ster die regte toestande gehad het om pulsasies op te wek. Die oorgang na 'n soliede ster moet ook die manier beïnvloed waarop die wit dwerg van hierdie polsings vibreer.

Sterrekundiges staan ​​nou voor die moeilike taak om die pulstydperke wat in die ster waargeneem word, aan te pas by dié wat deur verskillende modelle van die struktuur van die binnekant voorspel word. Die ontdekkingswaarnemings toon belofte in hierdie rigting, het Hermes gesê.

"Ons sien bewyse dat die sterkte van polsings in hierdie ster baie inkonsekwent is, en soms is die ster so stil soos 'n fluistering," het hy gesê. "Dit kan wees omdat die wit dwerg sterk gekristalliseer is, en dat die polsings slegs in 'n klein bietjie van die buitenste dele van die ster kan voortplant. Hulle het dus min traagheid en is vatbaarder vir veranderinge as die polsings in 'n tipiese vorm. polsende wit dwerg. '

Sterrekundiges van die Universiteit van Texas sal voortgaan om na GD 518 van McDonald Observatory te kyk, en noukeurig luister na enige nuwe note wat die lied wat deur die ultramassiewe sterwende ster gesing word, kan ontrafel.


2019

In 2019 het sterrekundiges 'n ander benadering gebruik. Hulle het die teken vertel van enige fase-oorgang, naamlik LATENTE HITTE, om te bevestig dat kristallisering binne wit dwerge plaasvind.

Latente hitte, soms ook & ldquohidden energy & rdquo genoem, is die energie wat nodig is om die toestand van 'n materiaal te verander sonder om die temperatuur te verander. Hierdie energie word geassosieer met die bindings tussen die deeltjies. As iets vries, word hierdie energie vrygestel. As iets smelt, word hierdie energie opgeneem.

Volgens die teorie, as 'n wit dwerg kristalliseer en sy deeltjies in 'n rooster saamkom, word latente hitte vrygestel. Dit vertraag die verkoeling en dus & ldquoaging & rdquo van 'n wit dwerg.

Die vrystelling van latente hitte kan statisties waargeneem word, dit wil sê nie by individuele wit dwerge nie. Om dit op te spoor, moet u die afstande tot 'n groot aantal wit dwerge baie akkuraat ken. Dit het moontlik geword danksy metings met 'n hoë presisie wat deur die ESA GAIA Satellite gedoen is. In 2019 het sterrekundiges die gegewens deurgegaan oor duisende witdwergkandidate van verskillende ouderdomme, massas en helderheid wat deur GAIA waargeneem is. Navorsers het 'n statistiese stapel gesien, 'n hoogtepunt in die getaldigtheid van wit dwerge met sekere helderheid. Hulle het die waargenome & ldquogrouping & rdquo herken as 'n oomblik wanneer wit dwerge latente hitte vrystel en die verkoeling vertraag. Bingo!

So & hellip ja, wit dwerge kristalliseer soos dit afkoel en ons kan dit sien!


Duisende sterre waargeneem wat vir die eerste keer in kristalle verander het

AUSTIN, Texas - Die eerste direkte bewyse van gekristalliseerde wit dwergsterre is ontdek deur 'n internasionale span navorsers wat 'n sterrekundige aan die Universiteit van Texas in Austin insluit. Voorspel 'n halfeeu gelede, sal die direkte bewyse van hierdie sterre môre in die tydskrif gepubliseer word Aard.

Waarnemings het aan die lig gebring dat hierdie sterre 'n kern van vaste koolstof en suurstof het as gevolg van 'n fase-oorgang gedurende hul lewensiklus, soortgelyk aan water wat in ys verander. Hierdie fase-oorgang vertraag hul verkoeling op verskeie maniere, wat hulle moontlik miljarde jare ouer maak as wat voorheen gedink is.

Die ontdekking, gelei deur Pier-Emmanuel Tremblay van die Universiteit van Warwick van die Verenigde Koninkryk, is grotendeels gebaseer op waarnemings wat met die Gaia-satelliet van die Europese Ruimte-agentskap geneem is.

Byna alle sterre eindig as wit dwerge, en sommige daarvan tel onder die oudste sterre in die heelal. Dit is nuttig vir sterrekundiges, omdat hul voorspelbare koelsnelheid dit moontlik maak om as kosmiese horlosies gebruik te word om die ouderdomme van groepe sterre te skat. Hulle is die oorblywende kern van rooi reuse-sterre, nadat hierdie groot sterre gesterf het en hul buitenste lae afgegooi het. Hulle koel dan voortdurend af terwyl hulle hul opgegaarde hitte oor miljarde jare vrystel.

Die Gaia-satelliet het die keuse van 'n monster wit dwerge met presiese helderheid en kleure moontlik gemaak wat aansienlik groter en vollediger is as enige vorige opname. Vir die studie het die span 15 000 wit dwerge gekies binne ongeveer 300 ligjare van die aarde.

Wit dwerge word al hoe flouer en rooier namate hulle afkoel, wat lei tot 'n voorspelbare verspreiding van wit dwerge in 'n plot van helderheid versus kleur. Die sterrekundiges het 'n opeenhoping in hierdie plot geïdentifiseer, 'n oormaat in die aantal sterre teen spesifieke kleure en helderheid. In vergelyking met evolusiemodelle van wit dwerge, val die ophoping sterk saam met die fase in hul ontwikkeling waarin voorspel word dat latente hitte in groot hoeveelhede vrygestel sal word, wat lei tot 'n verlangsaming van hul afkoelingsproses. Daar word beraam dat hierdie sterre in sommige gevalle hul veroudering met soveel as 2 miljard jaar vertraag het.

Bart Dunlap, 'n nadoktorale genoot by UT Austin se Wootton Center for Astrophysical Plasma Properties, wat saam met JJ Hermes werk, het die ontdekking onafhanklik van die Warwick-span gedoen en later kragte saamgesnoer met Tremblay. Hermes, 'n voormalige student aan die UT, is nou 'n assistent-professor aan die Boston Universiteit.

'Meer as 50 jaar gelede het Hugh Van Horn, 'n sterrekundige aan die Universiteit van Rochester, voorspel dat ons 'n kristallisasievolgorde sou sien as gevolg van 'n afname in verkoeling wanneer wit dwerge kristalliseer, maar destyds was die data nie goed genoeg nie. om hierdie voorspelling na te gaan, ”het Dunlap gesê. "Gaia het dit uiteindelik moontlik gemaak om te sien wat hy voorspel het, en dit verskyn regtig in die data."

Net soos vloeibare water ekstra energie vrystel as dit in ys verander - hierdie energie staan ​​bekend as latente hitte - word voorspel dat die digte plasmas in die binnekant van wit dwerge genoeg energie sou vrystel om hul trek na koel, dowwe sterrebranders opvallend te vertraag.

"Alle wit dwerge sal op 'n stadium in hul evolusie kristalliseer, alhoewel massiewe wit dwerge vroeër deur die proses gaan," het Tremblay, wat die studie gelei het, gesê. "Dit beteken dat miljarde wit dwerge in ons sterrestelsel reeds die proses voltooi het en in wese metaal kristalbolletjies in die lug is."

Dit sluit ons eie son in, wat oor ongeveer 10 miljard jaar 'n kristalwit dwerg sal word.

Kristallisasie is die proses dat 'n materiaal 'n vaste toestand word waarin sy atome 'n geordende struktuur vorm. Onder die uiterste druk in wit dwergkerne word atome so dig verpak dat hul elektrone ongebonde word, wat 'n geleidende elektrongas agterlaat wat deur kwantumfisika beheer word, en positief gelaaide kerne in vloeibare vorm. Wanneer die kern tot ongeveer 10 miljoen grade afkoel, is die digte koolstof suurstofplasma koel genoeg dat die vloeistof begin stol, en 'n kristalkern vorm in sy hart.

"Hierdie resultate vertel ons baie oor die hoeveelheid opgekropte energie wat hierdie sterre kan vrystel terwyl hulle afkoel," het Dunlap gesê.

Die sterrekundiges sê dat hulle teen 2021 toegang tot nog beter data vanaf Gaia moet hê.


'N Wit dwergster gooi 'n verrassingspartytjie

Supernovas ontploffings lui die "doodsnikke" van sterre in nadat hulle hul nodige voorraad kernversmeltende brandstof verbruik het, en die goeie nag woed. Dikwels word die supernova stamvader is 'n massiewe ster wat 'n uiters swaar yster-nikkelkern bevat wat 1,4 keer die massa van ons son weeg. Kleiner sterre, soos ons Son, vergaan egter nie in die vreeslike skoonheid en woede van 'n supernova ontplof soos hul massiewer sterre broers en susters - ten minste nie as hulle eensame, eensame klein sterretjies soos ons eie is nie. Helaas, wanneer 'n klein Sonagtige ster in 'n 'woon' binêre stelsel met 'n ander, nog 'lewende' ster, is dit 'n wilde partytjie op die punt om te gebeur. In Desember 2018 het astrofisici NASA's gebruik Chandra X-straalsterrewag, aangekondig dat hulle 'n helder X-straal-uitbarsting van 'n ster in die land waargeneem het Klein Magellaanse wolk (SMC). Die SMC is 'n klein nabygeleë satellietstelsel van ons Melkweg en is amper 200 000 ligjaar van die aarde af geleë. 'N Kombinasie van X-straal- en optiese data dui daarop dat die bron van hierdie uitbarsting a wit dwergster dit kan die vinnigste groei wit dwerg ooit waargeneem. Hierdie nuwe studie van die wit dwerg benoem ASASSN-16oh bied 'n waardevolle verklaring vir wat genoem word supersagte X-strale wat bespeur is voortspruitend uit hierdie intrige "dooie" ster. Die ontdekking is gemaak deur die All-Sky Outomatiese opname vir supernovas (ASASSIN).

Anders as ons son, "leef" die meeste sterre nie in isolasie nie. Die meeste van ons Galaxy se sterre is lede van verskeie sterrestelsels - soos binêre stelsels, wat 'n sterk dansende ster-duo bevat. As die twee sterre genoeg naby mekaar is, en een van die sterre dig wit dwerg, sy kragtige swaartekrag kan die materiaal van sy steeds "lewende" metgeselster en slagoffer wegsuig.

Wit dwerge is digte sterre-spoke wat ongeveer dieselfde grootte as die aarde het, maar wat 'n massa bevat wat gelyk is aan die van ons son, saamgepers in 'n klein volume. Dus, die swaartekrag aan die oppervlak van hierdie 'dooie' sterre is sterk genoeg om materie van 'n gelukkige, steeds 'lewende' metgeselster op te suig.

Oor ongeveer 5 miljard jaar sal ons eie Sun nie meer die nodige toevoer van kernversmeltende brandstof hê nie - en dan na die geswel rooi reus verhoog - sal krimp en krimp en ontwikkel tot 'n aansienlik kleiner, dowwer wit dwergster. Ons toekomstige son sal in hierdie stadium net dieselfde grootte as die aarde hê, en omdat die materie in so 'n klein hoeveelheid verpak is, sal die swaartekrag van die oppervlak 'n paar honderdduisend keer sterker wees as die aarde. Maar, ons Son sal nooit supernova word nie, want hy het geen metgesel nie. Ons son is bestem om met groot skoonheid en relatiewe vrede te vergaan. In sy wit dwerg ons ster sal omring word deur 'n pragtige, veelkleurige kleed van glinsterende, glinsterende gasse wat eens sy buitenste lae was. Sulke sterrekleedjies word deur sterrekundiges gereeld as die 'vlinders van die heelal' genoem as hulde aan hul groot skoonheid.

Die nuwe studie is gebaseer op waarnemings wat deur sterrekundiges met behulp van albei gedoen is Chandra en die Neil Gehrels Swift Observatory. Die studie rapporteer oor die ontdekking van die kenmerkende X-straalemissie wat voortspruit uit ASASSN-16oh, wat eintlik 'n binêre stelsel, saamgestel uit 'n duo van wit dwergsterre. Die belangrike ontdekking behels die opsporing van sag (lae energie) X-strale, geskep deur gas by 'n paar honderdduisend grade. In dramatiese kontras openbaar X-strale met hoër energie verskynsels by temperature van tien miljoene van grade. Die X-straal-emissie van ASASSN-16oh is aansienlik helderder as die bloot sagte X-strale vervaardig deur die atmosfeer van normale sterre. Dit plaas ASASSN-16oh in die spesiale kategorie van a supersagte X-straalbron.

Wit dwergsterre

Soos 'n gedoemde, bejaarde klein Sonagtige ster nader die groot finale van sy kernverbrandingsfase, gooi dit sy buitenste materiaal af - dit word die omliggende en mooi planetêre newel. Net die kern van die 'dooie' ster bly oor om die hartseer verhaal van sy voormalige sprankelende bestaan ​​te vertel. Die kern word die warm wit dwerg, met 'n roostertemperatuur van meer as 100 000 Kelvin. As die ster 'n eensame ster is, soos ons son, en nie materiaal versamel van 'n geviktimiseerde nabygeleë, sterre broer of suster nie, wit dwerg sal oor die volgende miljard jaar - of so - aanhou afkoel. 'N Menigte nabygeleë, jeugdige wit dwerge is opgemerk as bronne van sag, lae-energie X-strale. Onlangs het albei sagte X-straal en uiterste ultraviolet waarnemings is deur sterrekundiges gebruik in hul strewe om die samestelling en struktuur van die dun atmosfeer van hierdie sterre spoke te verstaan.

'N Tipiese wit dwergster is ongeveer 200 000 keer so dig soos die aarde. Dit maak wit dwerge die tweede digste versameling van materie, slegs oortref deur neutronsterre. Neutronsterre is die relikwieke in die stad wat agtergelaat word deur sterre wat massiewer is as ons son. 'N Teelepel vol dig neutronster dinge weeg net soveel soos 'n groot leeutrots.

Wit dwergsterre kan nie interne druk skep deur die vrystelling van energie deur kernfusie nie. Dit is omdat die samesmelting opgehou het en interne druk nodig is om die steeds "lewende" ster te laat spring teen die genadelose trek van sy eie meedoënlose swaartekrag. Almal sterre, ongeag hul massa, moet 'n kosbare balans handhaaf tussen die twee vegtende magte van bestralingsdruk en swaartekrag. Swaartekrag wen uiteindelik, as samesmelting ophou, en dit kompakteer die saak van die gedoemde ster na binne totdat selfs die elektrone wat 'n wit dwerg s'n atome word saamgedruk. Onder normale omstandighede kan identiese elektrone (dit wil sê die met dieselfde "spin") nie dieselfde energievlak inneem nie. Omdat daar net twee maniere is waarop 'n elektron kan draai, kan slegs twee elektrone 'n enkele energievlak inneem. Die term hiervoor, wat deur fisici gebruik word, is die Pauli-uitsluitingsbeginsel. In die geval van normale gas is dit nie 'n probleem nie. Dit is omdat daar nie genoeg elektrone is wat ronddans om al die energievlakke vol te maak nie. In die geval van a wit dwergster, is die digtheid baie hoër, en al die elektrone word baie nader aan mekaar gebreek. Dit word a genoem ontaarde gas. Dit beteken basies dat atome gevul is met elektrone. Sodat die swaartekrag die wit dwergster verder moet dit elektrone dwing om te gaan waar hulle nie kan gaan nie. Sodra 'n ster is ontaard swaartekrag kan dit nie verder saamdruk nie. Dit is omdat kwantummeganika meld dat daar nie meer beskikbare spasie beskikbaar is nie. Daarom is die wit dwergster slaag daarin om te oorleef. Hierdie klein digte sterreligie oorleef nie as gevolg van interne versmelting nie, maar deur kwantummeganies beginsels wat voorkom dat dit heeltemal ineenstort. Kwantummeganika is die wiskundige studie van die meganika van subatomiese deeltjies.

Ontaarde saak vertoon 'n paar baie vreemde eienskappe. Hoe massiewer is a wit dwergsterhoe kleiner dit is. Dit is omdat die meer massa a wit dwerg hoe meer die elektrone daarvan saamgedruk moet word om voldoende uiterlike druk te handhaaf om die ekstra massa te ondersteun. Daar is egter 'n beperking op die hoeveelheid massa a wit dwergster kan hê. Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995) ontdek dat hierdie limiet 1,4 keer sonmassa is. Dit word gepas die Chandrasekhar Limiet. Chandrasekhar was 'n Indies-Amerikaanse astrofisikus wat sy professionele lewe in die Verenigde State deurgebring het. Die 1983-Nobelprys vir Fisika word saam met die Amerikaanse kernfisikus William Fowler (1911-1995) bekroon vir 'teoretiese studies oor die fisiese prosesse van sterre'. Die Chandra X-straalsterrewag is ook vernoem na Chandrasekhar.

Met 'n swaartekrag van die oppervlak van 100.000 keer die aarde, is a wit dwergster s'n atmosfeer is vreemd. Dit is omdat die swaarder atome in sy vreemde atmosfeer sink, terwyl die ligter aan die oppervlak bly. Sommige wit dwerge Daar is gevind dat dit byna suiwer waterstof- of heliumatmosfeer besit - waterstof is die ligste atoomelement en helium die tweede ligste. Daarbenewens het die meedoënlose krag van die wit dwerg s'n kragtige swaartekrag trek die atmosfeer om dit om 'n baie skraal laag te vorm. As hierdie selfde taamlike bisarre verskynsel op die Aarde sou plaasvind, sou die top van die atmosfeer onder die toppe van New York City-wolkekrabbers wees.

Wetenskaplikes stel voor dat daar 'n kors van ongeveer 50 kilometer dik is onder die vreemde atmosfeer van baie wit dwergsterre. Aan die onderkant van hierdie nog hipotetiese kors sou daar 'n kristalrooster bestaan ​​wat uit koolstof- en suurstofatome bestaan. Aangesien 'n diamant gekristalliseerde koolstof is, kan 'n mens die vergelyking tref tussen 'n koel koolstof / suurstof wit dwerg en 'n baie groot diamant.

'N Sterre verrassingspartytjie

Sterrekundiges stel dit al jare lank voor supersagte X-straal emissie van wit dwergsterre word vervaardig as 'n produk van kernfusie binne die warm warm en uiters digte laag wat bestaan ​​uit waterstof- en heliumkerne. Hierdie baie vlugtige materiaal versamel as gevolg van die uitval van materie, afkomstig van 'n ongelukkige metgesel, en val op die oppervlak van die vampieragtige wit dwerg. Dit veroorsaak 'n kernfusie-ontploffing soortgelyk aan die van 'n waterstofbom.

Maar, Moordenaar waarnemings geopenbaar daar is meer as dit. Die supersagte X-straal sterre binêre stelsel is aanvanklik ontdek deur hierdie outomatiese opname, wat 'n versameling is van ongeveer 20 optiese teleskope wat regoor die wêreld versprei is wat elke aand outomaties die hele lug opspoor op soek na supernova-ontploffings en ander kortstondige gebeure. Sterrekundiges gebruik toe Chandra en Vinnig om die supersagte X-straal emissie.

"In die verlede is die supersagte bronne word almal geassosieer met kernfusie op die oppervlak van wit dwerge, "het die studiehoofskrywer, dr. Tom Maccarone, op 4 Desember 2018 opgemerk Chandra-Harvard Persverklaring. Dr Maccarone is 'n professor in die Texas Tech Department of Physics & amp Astronomy wat die nuwe artikel gelei het wat in die uitgawe van die tydskrif 3 Desember 2018 gepubliseer is. Natuursterrekunde.

As kernversmelting inderdaad die oorsaak van die supersagte X-strale van ASASSN-16oh dan moes dit veroorsaak word deur 'n ontploffing en die uitstoot moes van die hele vreemde oppervlak van die land gekom het wit dwergster. Die optiese lig neem egter nie vinnig genoeg toe om die gevolg van 'n ontploffing te wees nie Chandra data reveal that the emission is originating from a region smaller than the entire surface of this bewitching and bewildering white dwarf star. In addition, the source is a hundred times fainter in optical light than that of white dwarfs known to be experiencing nuclear fusion on their surface. These observations, plus the lack of evidence for gas swirling away from the white dwarf, provide strong arguments against fusion having occurred.

Therefore, none of the signs of nuclear fusion are present. For this reason, the authors of the paper present an alternative scenario. As with the fusion explanation the white dwarf is gravitationally pulling matter away from an unlucky companion star, in this case a red giant. During this process, termed aanwas, the gas is gravitationally pulled onto a large disk encircling the white dwarf--and it becomes hotter, and hotter, and hotter, as it spirals toward the dense white dwarf. The gas then tumbles onto the "dead" star. This produces X-rays along a belt where the disk touches the star. The rate of inflow of matter through the disk varies by a large amount. When the material begins to flow more rapidly, the X-ray brightness of the system grows much higher.

"The transfer of mass is happening at a higher rate than in any system we've caught in the past," added Dr. Maccarone in the December 4, 2018 Chandra-Harvard Press Release.

As die white dwarf keeps stealing mass from its victimized companion red giant star it will pay for its crime. This is because it will reach a mass limit and "go critical"-- blowing itself up in a Type Ia supernova blast. A Type Ia supernova is an event that was used to discover that the expansion of the Universe is accelerating. The team of astronomers' analysis indicates that the white dwarf is already unusually massive. For this reason, the scientists think that ASASSN-16oh may be relatively close to going supernova.

"Our result contradicts a decades-long consensus about how supersoft X-ray emission from white dwarfs is produced. We now know that the X-ray emission can be made in two different ways: by nuclear fusion or by the accretion of matter from a companion," study co-author Dr. Thomas Nelson (University of Pittsburgh, Pennsylvania) commented in the December 4, 2018 Chandra-Harvard Press Release.

Judith E. Braffman-Miller is a writer and astronomer whose articles have been written since 1981 in various magazines, newspapers, and journals. Although she has written on a variety of topics, she particularly loves writing about astronomy because it gives her the opportunity to communicate to others some of the many wonders of her field. Her first book, "Wisps, Ashes, and Smoke," will be published soon.


Thousands of Stars Observed Turning into Crystals for the First Time

The first direct evidence of crystallized white dwarf stars has been discovered by an international team of researchers that includes two former astronomers from the University of North Carolina at Chapel Hill. Predicted half a century ago, the discovery of these stars will be published in the January 10th edition of the journal Aard.

Observations have revealed that these stars have a core of solid carbon and oxygen due to a phase transition during their lifecycle, similar to water turning into ice. This phase transition slows their cooling in multiple ways, making them potentially billions of years older than previously thought.

The discovery, led by Pier-Emmanuel Tremblay of the U.K.’s University of Warwick, is largely based on observations taken with the European Space Agency’s Gaia satellite.

Almost all stars end up as white dwarfs, and some of them are among the oldest stars in the universe. They are useful to astronomers because their predictable cooling rate allows them to be used as cosmic clocks to estimate the ages of groups of stars. They are the leftover cores of red giant stars, after these huge stars have died and shed their outer layers. They are then constantly cooling as they release their stored-up heat over billions of years.

The Gaia satellite has enabled the selection of a sample of white dwarfs with precise luminosities and colors that is significantly larger and more complete than any previous survey. For the study, the team selected 15,000 white dwarfs within about 300 light-years of Earth.

White dwarfs get fainter and redder as they cool, which leads to a predictable distribution of white dwarfs in a plot of brightness versus color. The astronomers identified a pile-up in this plot, an excess in the number of stars at specific colors and luminosities. When compared with evolutionary models of white dwarfs, the pile-up strongly coincides with the phase in their development in which latent heat is predicted to be released in large amounts, resulting in a slowdown of their cooling process. It is estimated that in some cases these stars have slowed their aging by as much as 2 billion years.

Bart Dunlap, a postdoctoral fellow with UT Austin’s Wootton Center for Astrophysical Plasma Properties, along with JJ Hermes, made the discovery independently of the Warwick team while working together at UNC Chapel Hill and later joined forces with Tremblay. Hermes is now an assistant professor at Boston University.

“More than 50 years ago, Hugh Van Horn, an astronomer at the University of Rochester, predicted that we should see a crystallization sequence because of a slowdown in cooling when white dwarfs crystallize, but at the time, the data weren’t good enough to check this prediction,” Dunlap said. “Gaia finally made it possible to see what he predicted, and it really pops out in the data.”

Just as liquid water releases extra energy when it changes into ice — this energy is known as latent heat — the dense plasmas in the interiors of white dwarfs were predicted to release enough energy to noticeably slow their trek toward cool, faint stellar embers.

“All white dwarfs will crystallize at some point in their evolution, although more massive white dwarfs go through the process sooner,” said Tremblay, who led the study. “This means that billions of white dwarfs in our galaxy have already completed the process and are essentially metallic crystal spheres in the sky.”

This includes our own sun, which will become a crystal white dwarf in about 10 billion years.

Crystallization is the process of a material becoming a solid state in which its atoms form an ordered structure. Under the extreme pressures in white dwarf cores, atoms are packed so densely that their electrons become unbound, leaving a conducting electron gas governed by quantum physics, and positively charged nuclei in a fluid form. When the core cools to about 10 million degrees, the dense carbon oxygen plasma is cool enough that the fluid begins to solidify, forming a crystalline core at its heart.

“These results are really telling us a lot about the amount of pent up energy these stars can release while cooling off,” said Dr. Dunlap. “If you put a glass of water in the freezer, it will start losing heat to its cold surroundings, so its temperature will steadily drop. But this cooling actually stops once the water starts to freeze. While the liquid is turning into ice crystals, it releases extra energy, so its temperature hangs out around the freezing point until it’s turned into ice. Then it starts getting colder again. The white dwarfs do essentially the same thing, just at more extreme temperatures and densities.”

Not all transitions from a liquid to a solid result in crystals. Sometimes, the resulting solid is made up of an amorphous jumble of molecules or atoms, and these transitions do not release latent heat. When molten glass cools off, for example, its molecules freeze into place without becoming a structured crystal, so no extra heat is released. The new observations confirm that white dwarfs release extra heat at the temperatures where they are predicted to do so from crystallizing carbon and oxygen. However, the observations indicate that there is even more extra energy being released than can be explained by this latent heat.

“There are lots of ways energy can be released. When a rock falls and hits your toe, or when water at a hydroelectric plant falls over a dam, both of these are releasing gravitational energy,” explains Dr. Dunlap. “Models show that when a white dwarf is crystallizing, it starts in the center, and the solid mixture ends up more oxygen-rich than the liquid mixture. Basically, some of the oxygen sinks. Since oxygen is more massive than carbon, this releases gravitational energy. Including this effect in the models matches the data much better. But the data also suggest there’s even more energy being released, so there’s still work to do.”

Many models widely used to determine the ages of white dwarf stars do not include this effect of gravitational settling, so researchers will have to revise current estimates.

The inclusion of the UNC researchers in the work led by Dr. Tremblay is a testament to international cooperation in science. Dunlap and Hermes came to the same independent interpretation of the crystallization sequence from Gaia data while working together at UNC Chapel Hill and presented the findings at a biannual conference on white dwarf stars last summer at UT Austin. Instead of racing to compete, the teams joined forces in order to add different expertise and perspectives to the analysis.

“This is the clearest confirmation that white dwarf stars form crystal cores of oxygen and carbon, but our models still have a lot of room to improve to match the observations,” said Dr. Hermes. “No lab on Earth can recreate the conditions at the centers of these stars. The best way to advance our knowledge of these extreme conditions is to keep looking up at the stars with exquisite space telescopes like Gaia.”

Fortunately, the revolutionary Gaia survey mission continues to collect data and improve its measurement precision, constructing a three-dimensional map of more than 1.3 billion stars. A third data release from Gaia is expected in 2021.

A white dwarf star is in the process of solidifying in this artist’s rendering. Scientists have found the first direct evidence that white dwarf stars crystallize as they cool.


Group photograph
List of participants
Preface
Part I. Reviews:
1. Equations of state in stellar structure and evolution H. M. Van Horn
2. Equation of state of stellar plasmas F. J. Rogers
3. Statistical mechanics of quantum plasmas. Path integral formalism A. Alastwey
4. Onsager-molecule approach to screening potentials in strongly coupled plasma Y. Rosenfeld
5. Astrophysical consequences of the screening of nuclear reactions J. Isern and M. Hernanz
6. Crystallization of dense binary ionic mixtures. Application to white dwarf cooling theory R. Mochovitch and L. Segretain
7. Non crystallized regions of White dwarfs. Thermodynamics. Opacity. Turbulent convection I. Mazzitelli
8. White dwarf crystallization E. García-Berro and M. Hernanz
9. Gravitational collapse versus thermonuclear explosion of degenerate stellar cores J. Isern and R. Canal
10. Neutron star crusts with magnetic fields D. G. Yakovlev and A. D. Kaminker
11. High pressure experiments for astrophysics P. Loubeyre
12. Equation of state of dense hydrogen and the plasma phase transition F. Perrot and C. Dharma-wardana
13. The equation of state of fluid hydrogen at high density G. Chabrier
14. A comparative study of hydrogen equations of state D. Saumon
15. Strongly coupled ionic mixtures and the H/He equation of state H. M. DeWitt
16. White dwarf seismology: Influence of the constitutive physics on the period spectra G. Fontaine and P. Brassard
17. Helioseismology: the Sun as a strongly-constrained, weakly-coupled plasma W. Däppen
18. Transport processes in dense stellar plasmas N. Itoh
19. Cataclysmic variables: structure and evolution J.-M. Hameury
20. Giant planet, brown dwarf, and low-mass star interiors W. B. Hubbard
21. Searches for brown dwarfs J. Liebert
22. Jovian seismology B. Mosser
Part II. Observational Projects:
23. EVRIS: first space experiment devoted to stellar seismology A. Baglin
24. The HIPPARCOS mission and tests for the equation of state A. Baglin and Joao Fernandes
25. Ground based helioseismology: IRIS and GONG F.-X. Schmider
26. The statial GOLF project S. Turck-Chiéze
27. The DENIS survey T. Forveille
28. PRISMA: a mission to study interior and surface of stars P. Lemaire
Part III. Posters:
29. Towards a helioseismic calibration of the equation of state in the solar convective envelope S. V. Vorontsov, V. A. Baturin, D. O. Gough and W. Däppen
30. Thermal cyclotron and annihilation radiation in strong magnetic fields V. G. Bezchastnov and A. D. Kaminker
31. Modified adiabatic approximation for a hydrogen atom moving in a magnetic field V. G. Bezchastnov and A. Y. Potekhin
32. Computations of static white dwarf models P. Brassard and G. Fontaine
33. The Chandrasekhar mass of a gravitating electron crystal D. Engelhardt and I. Bues
34. Coulomb corrections in the nuclear statistical equilibrium regime D. García and E. Bravo
35. Molecular opacities T. Guillot, D. Gautier and G. Chabrier
36. On radiative transfer near the plasma frequency at strong coupling Yu. K. Kurilenkov and H. M. Van Horn
37. Effects of superfluidity on spheroidal oscillations of neutron stars Umin Lee, T. J. B. Collins, R. I. Epstein and H. M. Van Horn
38. Magnetic field decay in the non-superfluid regions of neutron star cores A. G. Muslimov and H. M. Van Horn
39. On the equation of state in Jovian seismology J. Provost, B. Mosser and G. Chabrier
40. Analysis of the screening formalisms in solar and stellar conditions H. Dzitko, S. Turck-Chiéze, P. Delbourgo-Salvador and Ch. Lagrange
41. Theoretical description of the Coulomb interaction by Padé–Jacobi approximants W. Stolzmann and T. Blöcker
42. New model sequences from the white dwarf evolution code M. Wood
43. Low temperature opacities C. Neuforge.

Gilles Chabrier, Ecole Normale Supérieure, Lyon

Evry Schatzman, Observatoire de Paris, Meudon


Inhoud

In the 1960s, it was predicted that as a white dwarf cools, its material should crystallize, starting at the center. [7] When a star pulsates, observing its pulsations gives information about its structure. BPM 37093 was first observed to be a pulsating variable in 1992, [8] and in 1995 it was pointed out that this yielded a potential test of the crystallization theory. [9] In 2004, Antonio Kanaan and a team of researchers of the Whole Earth Telescope estimated, on the basis of these asteroseismological observations, that approximately 90% of the mass of BPM 37093 had crystallized. [4] [7] [10] [11] Other work gives a crystallized mass fraction of between 32% and 82%. [5] Any of these estimates would result in a total crystalline mass in excess of 5 × 10 29 kilograms. As the white dwarf has a radius of 4,000-kilometre (2,500 mi), this means that the core of BPM 37093, nicknamed Lucy, is likely one of the largest diamonds in the local region of the universe. [12] [13]

Crystallization of the material of a white dwarf of this type is thought to result in a body-centered cubic lattice of carbon and/or oxygen nuclei, which are surrounded by a Fermi sea of electrons. [14]