B altais punduris ir mūsu kosmosā diezgan izplatīta zvaigzne. Zinātnieki to sauc par zvaigžņu evolūcijas rezultātu, pēdējo attīstības stadiju. Kopumā ir divi zvaigžņu ķermeņa modifikācijas scenāriji, vienā gadījumā beigu stadija ir neitronu zvaigzne, otrā – melnais caurums. Rūķi ir pēdējais evolūcijas solis. Viņiem apkārt ir planētu sistēmas. Zinātniekiem izdevās to noteikt, pārbaudot ar metāliem bagātinātus paraugus.
Fons
B altie punduri ir zvaigznes, kas astronomu uzmanību piesaistīja 1919. gadā. Pirmo reizi šādu debess ķermeni atklāja zinātnieks no Nīderlandes Mānens. Speciālists savam laikam veica visai netipisku un negaidītu atklājumu. Rūķis, ko viņš ieraudzīja, izskatījās pēc zvaigznes, bet tam bija nestandarta mazi izmēri. Tomēr spektrs bija tā, it kā tas būtu masīvs un liels debess ķermenis.
Cēloņi šādai dīvainai parādībai jau labu laiku ir vilinājuši zinātniekus, tāpēc ir pieliktas lielas pūles, lai izpētītu b alto punduru uzbūvi. Izrāviens tika panākts, kad viņi izteica un pierādīja pieņēmumu par dažādu metāla konstrukciju pārpilnību debess ķermeņa atmosfērā.
Jāprecizē, ka metāli astrofizikā ir visa veida elementi, kuru molekulas ir smagākas par ūdeņradi, hēliju un to ķīmiskais sastāvs ir progresīvāks nekā šiem diviem savienojumiem. Hēlijs, ūdeņradis, kā zinātniekiem izdevās konstatēt, mūsu Visumā ir izplatītāki nekā jebkuras citas vielas. Pamatojoties uz to, tika nolemts visu pārējo apzīmēt kā metālus.
Tēmas izstrāde
Lai gan b altie punduri, kuru izmērs ir ļoti atšķirīgs no Saules, pirmo reizi tika redzēti divdesmitajos gados, tikai pusgadsimtu vēlāk cilvēki atklāja, ka metālisku konstrukciju klātbūtne zvaigžņu atmosfērā nav tipiska parādība. Kā izrādījās, nonākot atmosfērā, papildus divām izplatītākajām vielām, smagākajām, tās tiek izspiestas dziļākajos slāņos. Smagajām vielām, kas atrodas starp hēlija un ūdeņraža molekulām, galu galā jāpārvietojas uz zvaigznes kodolu.
Šim procesam bija vairāki iemesli. B altā pundura rādiuss ir mazs, šādi zvaigžņu ķermeņi ir ļoti kompakti - ne velti tie ieguvuši savu vārdu. Vidēji rādiuss ir salīdzināms ar zemes rādiusu, savukārt svars ir līdzīgs zvaigznes svaram, kas apgaismo mūsu planētu sistēmu. Šī izmēru un svara attiecība izraisa ārkārtīgi lielu gravitācijas virsmas paātrinājumu. Līdz ar to smago metālu nogulsnēšanās ūdeņraža un hēlija atmosfērā notiek tikai dažas Zemes dienas pēc tam, kad molekula nonāk kopējā gāzveida masā.
Funkcijas un ilgums
Dažreiz b alto punduru īpašībasir tādi, ka smago vielu molekulu sedimentācijas process var aizkavēties uz ilgu laiku. Vislabvēlīgākie varianti no Zemes novērotāja viedokļa ir procesi, kas ilgst miljoniem, desmitiem miljonu gadu. Tomēr šādi laika posmi ir ārkārtīgi īsi, salīdzinot ar paša zvaigžņu ķermeņa kalpošanas laiku.
B altā pundura evolūcija ir tāda, ka lielākā daļa cilvēku šobrīd novēroto veidojumu jau ir vairākus simtus miljonu Zemes gadu veci. Ja salīdzinām to ar lēnāko metālu absorbcijas procesu kodolā, atšķirība ir vairāk nekā būtiska. Tāpēc metāla noteikšana noteiktas novērojamas zvaigznes atmosfērā ļauj ar pārliecību secināt, ka ķermenim sākotnēji nebija tāda atmosfēras sastāva, pretējā gadījumā visi metālu ieslēgumi jau sen būtu pazuduši.
Teorija un prakse
Iepriekš aprakstītie novērojumi, kā arī daudzu gadu desmitu laikā savāktā informācija par b altajiem punduriem, neitronu zvaigznēm, melnajiem caurumiem liecināja, ka atmosfēra saņem metāliskus ieslēgumus no ārējiem avotiem. Zinātnieki vispirms nolēma, ka tas ir vide starp zvaigznēm. Debess ķermenis pārvietojas cauri šādai matērijai, uzkrāj vidi uz tās virsmas, tādējādi bagātinot atmosfēru ar smagiem elementiem. Taču turpmākie novērojumi parādīja, ka šāda teorija nav pieņemama. Kā norādīja eksperti, ja atmosfēras izmaiņas notiktu šādā veidā, punduris ūdeņradi galvenokārt saņemtu no ārpuses, jo vidi starp zvaigznēm lielākoties veidoja ūdeņradis unhēlija molekulas. Tikai neliela daļa no vides ir smagie savienojumi.
Ja teorija, kas veidota no primārajiem b alto punduru, neitronu zvaigžņu un melno caurumu novērojumiem, sevi attaisnotu, punduri sastāvētu no ūdeņraža kā vieglākā elementa. Tas neļautu pastāvēt pat hēlija debess ķermeņiem, jo hēlijs ir smagāks, kas nozīmē, ka ūdeņraža akrecija to pilnībā paslēptu no ārēja novērotāja acs. Pamatojoties uz hēlija punduru klātbūtni, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka starpzvaigžņu vide nevar kalpot kā vienīgais un pat galvenais metālu avots zvaigžņu ķermeņu atmosfērā.
Kā izskaidrot?
Zinātnieki, kas pagājušā gadsimta 70. gados pētīja melnos caurumus, b altos pundurus, ierosināja, ka metāliskus ieslēgumus var izskaidrot ar komētu krišanu uz debess ķermeņa virsmas. Tiesa, savulaik šādas idejas tika uzskatītas par pārāk eksotiskām un atbalstu neguva. Tas lielā mērā bija saistīts ar to, ka cilvēki vēl nezināja par citu planētu sistēmu klātbūtni – bija zināma tikai mūsu "mājas" Saules sistēma.
Nozīmīgs solis uz priekšu melno caurumu, b alto punduru izpētē tika sperts nākamās, pagājušā gadsimta astotās desmitgades beigās. Zinātnieku rīcībā ir īpaši spēcīgi infrasarkanie instrumenti kosmosa dzīļu novērošanai, kas ļāva noteikt infrasarkano starojumu ap vienu no zināmajiem b alto punduru astronomiem. Tas atklājās tieši ap punduri, kura atmosfērā bija metālisksiekļaušana.
Infrasarkanais starojums, kas ļāva novērtēt b altā pundura temperatūru, arī norādīja zinātniekiem, ka zvaigžņu ķermeni ieskauj kāda viela, kas spēj absorbēt zvaigžņu starojumu. Šī viela tiek uzkarsēta līdz noteiktam temperatūras līmenim, kas ir mazāks par zvaigzni. Tas ļauj pakāpeniski novirzīt absorbēto enerģiju. Radiācija notiek infrasarkanajā diapazonā.
Zinātne virzās uz priekšu
B altā pundura spektri ir kļuvuši par astronomu pasaules attīstīto prātu izpētes objektu. Kā izrādījās, no tiem var iegūt diezgan daudz informācijas par debess ķermeņu iezīmēm. Īpaši interesanti bija novērojumi par zvaigžņu ķermeņiem ar pārmērīgu infrasarkano starojumu. Šobrīd ir izdevies identificēt aptuveni trīs desmitus šāda veida sistēmu. To galvenā procentuālā daļa tika pētīta, izmantojot jaudīgāko Spicera teleskopu.
Zinātnieki, novērojot debess ķermeņus, atklāja, ka b alto punduru blīvums ir ievērojami mazāks par šo milžiem raksturīgo parametru. Tika arī konstatēts, ka pārmērīgais infrasarkanais starojums ir saistīts ar disku klātbūtni, ko veido konkrēta viela, kas spēj absorbēt enerģijas starojumu. Tieši tā tad izstaro enerģiju, bet citā viļņu garuma diapazonā.
Diski ir ārkārtīgi tuvu un zināmā mērā ietekmē b alto punduru masu (kas nevar pārsniegt Chandrasekhar ierobežojumu). Ārējo rādiusu sauc par detritālu disku. Ir izteikts pieņēmums, ka tas veidojies kāda ķermeņa iznīcināšanas laikā. Vidēji rādiuss pēc izmēra ir salīdzināms ar Sauli.
Ja pievērš uzmanību mūsu planētu sistēmai, kļūst skaidrs, ka salīdzinoši tuvu "mājām" varam novērot līdzīgu piemēru - tie ir gredzeni, kas ieskauj Saturnu, kuru izmērs arī ir salīdzināms ar rādiusu mūsu zvaigzne. Laika gaitā zinātnieki ir noskaidrojuši, ka šī īpašība nav vienīgā kopīgā punduriem un Saturnam. Piemēram, gan planētai, gan zvaigznēm ir ļoti plāni diski, kas nav caurspīdīgi, mēģinot spīdēt cauri gaismai.
Secinājumi un teorijas attīstība
Tā kā b alto punduru gredzeni ir salīdzināmi ar tiem, kas ieskauj Saturnu, ir kļuvis iespējams formulēt jaunas teorijas, kas izskaidro metālu klātbūtni šo zvaigžņu atmosfērā. Astronomi zina, ka gredzeni ap Saturnu veidojas dažu ķermeņu plūdmaiņas traucējumu rezultātā, kas atrodas pietiekami tuvu planētai, lai tos ietekmētu tās gravitācijas lauks. Šādā situācijā ārējais ķermenis nevar uzturēt savu gravitāciju, kas noved pie integritātes pārkāpuma.
Apmēram pirms piecpadsmit gadiem tika prezentēta jauna teorija, kas līdzīgā veidā izskaidroja b alto punduru gredzenu veidošanos. Tika pieņemts, ka sākotnēji punduris bija zvaigzne planētu sistēmas centrā. Debess ķermenis laika gaitā attīstās, kas aizņem miljardiem gadu, uzbriest, zaudē apvalku, un tas izraisa pundura veidošanos, kas pamazām atdziest. Starp citu, b alto punduru krāsa ir izskaidrojama tieši ar to temperatūru. Dažiem tas tiek lēsts 200 000 K.
Planētu sistēma šādas evolūcijas gaitā var izdzīvot, kas noved piesistēmas ārējās daļas izplešanās vienlaikus ar zvaigznes masas samazināšanos. Tā rezultātā veidojas liela planētu sistēma. Planētas, asteroīdi un daudzi citi elementi izdzīvo evolūciju.
Kas tālāk?
Sistēmas attīstība var izraisīt tās nestabilitāti. Tas noved pie planētas apkārtējās telpas bombardēšanas ar akmeņiem, un asteroīdi daļēji izlido no sistēmas. Tomēr daži no tiem pārvietojas orbītās, agrāk vai vēlāk nonākot pundura saules rādiusā. Sadursmes nenotiek, bet plūdmaiņu spēki izraisa ķermeņa integritātes pārkāpumu. Šādu asteroīdu kopa iegūst formu, kas līdzīga gredzeniem, kas ieskauj Saturnu. Tādējādi ap zvaigzni veidojas gružu disks. B altā pundura blīvums (apmēram 10^7 g/cm3) un tā detritālā diska blīvums būtiski atšķiras.
Aprakstītā teorija ir kļuvusi par diezgan pilnīgu un loģisku skaidrojumu vairākām astronomiskām parādībām. Caur to var saprast, kāpēc diski ir kompakti, jo zvaigznei visā tās pastāvēšanas laikā nevar ieskaut disks, kura rādiuss ir pielīdzināms Saulei, citādi tādi diski sākumā atrastos tās ķermenī.
Izskaidrojot disku veidošanos un izmērus, var saprast, no kurienes nāk savdabīgais metālu piedāvājums. Tas varētu nonākt uz zvaigžņu virsmas, piesārņojot punduri ar metāla molekulām. Aprakstītā teorija, neapstājoties ar atklātajiem b alto punduru vidējā blīvuma rādītājiem (apmēram 10^7 g/cm3), pierāda, kāpēc zvaigžņu atmosfērā tiek novēroti metāli, kāpēc tiek mērīta ķīmiskā viela.kompozīcija ar cilvēkam iespējami pieejamiem līdzekļiem un kāda iemesla dēļ elementu sadalījums ir līdzīgs mūsu planētai un citiem pētītajiem objektiem raksturīgajam.
Teorijas: vai ir kāds labums?
Aprakstītā ideja tika plaši izmantota kā pamats, lai izskaidrotu, kāpēc zvaigžņu čaulas ir piesārņotas ar metāliem, kāpēc parādījās gružu diski. Turklāt no tā izriet, ka ap punduri pastāv planētu sistēma. Šajā secinājumā nav pārsteiguma, jo cilvēce ir konstatējusi, ka lielākajai daļai zvaigžņu ir savas planētu sistēmas. Tas ir raksturīgi gan tiem, kas ir līdzīgi Saulei, gan tiem, kas ir daudz lielāki par tās izmēriem - proti, no tiem veidojas b altie punduri.
Tēmas nav izsmeltas
Pat ja mēs uzskatām, ka iepriekš aprakstītā teorija ir vispārpieņemta un pierādīta, daži jautājumi astronomiem joprojām ir atklāti līdz šai dienai. Īpaši interesanti ir vielas pārneses specifika starp diskiem un debess ķermeņa virsmu. Kā daži norāda, tas ir radiācijas dēļ. Teorijas, kas šādā veidā aicina aprakstīt vielas transportēšanu, balstās uz Pointinga-Robertsona efektu. Šī parādība, kuras ietekmē daļiņas lēnām pārvietojas pa orbītu ap jaunu zvaigzni, pamazām spirāli virzoties uz centru un pazūdot debess ķermenī. Jādomā, ka šim efektam vajadzētu izpausties gružu diskos, kas ieskauj zvaigznes, tas ir, molekulas, kas atrodas diskos, agrāk vai vēlāk nonāk ārkārtējā pundura tuvumā. Cietās vielastiek pakļauti iztvaikošanas procesam, veidojas gāze - tādi disku veidā fiksēti ap vairākiem novērotajiem punduriem. Agrāk vai vēlāk gāze sasniedz pundura virsmu, transportējot uz šejieni metālus.
Atklātos faktus astronomi lēš kā nozīmīgu ieguldījumu zinātnē, jo tie liecina par planētu veidošanos. Tas ir svarīgi, jo pētniecības objekti, kas piesaista speciālistus, bieži vien nav pieejami. Piemēram, planētas, kas riņķo ap zvaigznēm, kas ir lielākas par Sauli, ir ārkārtīgi reti pētāmas – tas ir pārāk sarežģīti tādā tehniskajā līmenī, kāds ir pieejams mūsu civilizācijai. Tā vietā cilvēki ir spējuši pētīt planētu sistēmas pēc zvaigžņu pārtapšanas punduros. Ja mums izdosies attīstīties šajā virzienā, noteikti būs iespējams atklāt jaunus datus par planētu sistēmu klātbūtni un to raksturīgajām iezīmēm.
B altie punduri, kuru atmosfērā konstatēti metāli, ļauj gūt priekšstatu par komētu un citu kosmisko ķermeņu ķīmisko sastāvu. Patiesībā zinātniekiem vienkārši nav cita veida, kā novērtēt sastāvu. Piemēram, pētot milzu planētas, var gūt priekšstatu tikai par ārējo slāni, bet par iekšējo saturu nav ticamas informācijas. Tas attiecas arī uz mūsu "mājas" sistēmu, jo ķīmisko sastāvu var pētīt tikai no tā debess ķermeņa, kas nokrita uz Zemes virsmu vai kur bija iespējams nolaist pētniecības aparātu.
Kā iet?
Agri vai vēlu mūsu planētu sistēma kļūs arī par b altā pundura "mājām". Kā saka zinātnieki, zvaigžņu kodolam irierobežots vielas daudzums, lai iegūtu enerģiju, un agrāk vai vēlāk kodoltermiskās reakcijas ir izsmeltas. Gāzes tilpums samazinās, blīvums palielinās līdz tonnai uz kubikcentimetru, savukārt ārējos slāņos reakcija joprojām turpinās. Zvaigzne izplešas, kļūstot par sarkanu milzi, kura rādiuss ir salīdzināms ar simtiem zvaigžņu, kas vienādas ar Sauli. Kad ārējais apvalks pārstāj "degt", 100 000 gadu laikā telpā notiek matērijas izkliede, ko pavada miglāja veidošanās.
Zvaigznes kodols, kas atbrīvots no čaumalas, pazemina temperatūru, kas noved pie b altā pundura veidošanās. Faktiski šāda zvaigzne ir augsta blīvuma gāze. Zinātnē pundurus bieži dēvē par deģenerētiem debess ķermeņiem. Ja mūsu zvaigzne būtu saspiesta un tās rādiuss būtu tikai daži tūkstoši kilometru, bet svars pilnībā saglabātos, tad arī šeit atrastos b altais punduris.
Funkcijas un tehniskie punkti
Aplūkojamais kosmiskā ķermeņa tips spēj kvēlot, taču šis process ir izskaidrojams ar citiem mehānismiem, nevis kodoltermiskām reakcijām. Mirdzumu sauc par atlikušo, tas izskaidrojams ar temperatūras pazemināšanos. Punduru veido viela, kuras joni dažkārt ir aukstāki par 15 000 K. Elementiem raksturīgas svārstības. Pamazām debess ķermenis kļūst kristālisks, tā spīdums vājinās, un punduris kļūst brūns.
Zinātnieki ir noteikuši šāda debess ķermeņa masas ierobežojumu - līdz 1,4 Saules svara, bet ne vairāk par šo robežu. Ja masa pārsniedz šo robežu,zvaigzne nevar pastāvēt. Tas ir saistīts ar vielas spiedienu saspiestā stāvoklī – tas ir mazāks par gravitācijas pievilcību, kas vielu saspiež. Ir ļoti spēcīga saspiešana, kas izraisa neitronu parādīšanos, viela tiek neitronizēta.
Saspiešanas process var izraisīt deģenerāciju. Šajā gadījumā veidojas neitronu zvaigzne. Otrā iespēja ir nepārtraukta saspiešana, kas agrāk vai vēlāk noved pie eksplozijas.
Vispārīgie parametri un funkcijas
Aplūkojamās debess ķermeņu kategorijas bolometriskais spožums attiecībā pret Saules raksturlielumu ir mazāks par aptuveni desmit tūkstošiem reižu. Pundura rādiuss ir mazāks nekā simts reizes lielāks par sauli, savukārt svars ir salīdzināms ar mūsu planētu sistēmas galvenās zvaigznes raksturīgo svaru. Lai noteiktu pundura masas ierobežojumu, tika aprēķināts Chandrasekhar ierobežojums. Kad tas tiek pārsniegts, punduris pārvēršas par citu debess ķermeņa formu. Zvaigznes fotosfēra vidēji sastāv no blīvas vielas, kas tiek lēsta 105–109 g/cm3. Salīdzinot ar galveno secību, tā ir aptuveni miljons reižu blīvāka.
Daži astronomi uzskata, ka tikai 3% no visām zvaigznēm galaktikā ir b altie punduri, un daži ir pārliecināti, ka katra desmitā pieder šai klasei. Aprēķini ir ļoti atšķirīgi saistībā ar debess ķermeņu novērošanas grūtību iemeslu - tie atrodas tālu no mūsu planētas un spīd pārāk vāji.
Stāsti un vārdi
1785. gadā dubultzvaigžņu sarakstā parādījās ķermenis, ko Heršels novēroja. Zvaigzne tika nosaukta par 40 Eridani B. Tieši viņa tiek uzskatīta par pirmo cilvēku no b altās kategorijas.punduri. 1910. gadā Rasels pamanīja, ka šim debess ķermenim ir ārkārtīgi zems spilgtuma līmenis, lai gan krāsu temperatūra ir diezgan augsta. Laika gaitā tika nolemts, ka šīs klases debess ķermeņi ir jāiedala atsevišķā kategorijā.
1844. gadā Besels, pētot informāciju, kas iegūta, izsekojot Procyon B Sirius B, nolēma, ka abi ik pa laikam nobīdās no taisnas līnijas, kas nozīmē, ka ir tuvi pavadoņi. Zinātnieku aprindām šāds pieņēmums šķita maz ticams, jo nevarēja redzēt nevienu satelītu, savukārt novirzes varēja izskaidrot tikai ar debess ķermeni, kura masa ir ārkārtīgi liela (līdzīgi Sīriusam, Prokionam).
1962. gadā Klārks, strādājot ar tobrīd lielāko teleskopu, netālu no Sīriusa identificēja ļoti blāvu debess ķermeni. Tieši viņu sauca Sirius B, tas pats satelīts, ko Besels bija ierosinājis jau sen. 1896. gadā pētījumi parādīja, ka Procyon ir arī satelīts – to sauca Procyon B. Tāpēc Besela idejas pilnībā apstiprinājās.
