Bílí trpaslíci a jejich životní styl

Čím těžší, tím menší. Zajímavé staré hvězdy budou jednou tvořit většinu hvězd ve vesmíru. (délka blogu ca. 8 min.)

Bílí trpaslíci nám mohou připadat exotičtí. Hvězda ve výslužbě, která je velká jako planeta? Ve skutečnosti nejsou ve vesmíru ničím neobvyklým. V nejbližším okolí (do vzdálenosti zhruba 65 světelných roků) napočítali astronomové 130 těchto zvláštních objektů. 

Co se týká naší vlastní Galaxie - nachází se zhruba deset procent hvězd v tomto stádiu vývoje. Ve zbylém vesmíru to nejspíš bude podobné. A co víc - coby bílý trpaslík skončí pravděpodobně dříve nebo později většina hvězd ve vesmíru. 

O tom, jak rychle se to stane, rozhodují parametry původní hvězdy. Ty, které jsou podobné Slunci, potřebují například k dosažení stádia bílého trpaslíka 11 - 13 miliard roků. Bílými trpaslíky se stanou i daleko méně hmotné hvězdy (ty kterým dnes říkáme rudí trpaslíci), stane se to ale daleko později. Málo hmotné hvězdy žijí úsporným životem a spotřebovávají své vodíkové palivo daleko pomaleji než hmotné hvězdy. Jejich životnost může dosáhnout odhadem až bilionu roků, zatím tedy doslova “nepřišly na řadu”. 

Vlastnosti

Tyto zajímavé vyžilé hvězdy jsou velké asi jako Země (řádově tisíce km), disponují ale hmotností, která je srovnatelná s hmotností Slunce. Znamená to, že jejich průměrná hustota odpovídá přibližně tuně na cm3. 

Jejich povrchová teplota se pohybuje mezi 20 000 až 30 000 Kelvinů. Podle zákonů fyziky vyzařují objekty s různou teplotou různou směs vlnových délek. Bílí trpaslíci se svou enormní povrchovou teplotou vyzařují většinu záření v ultrafialové oblasti  spektra. Ve viditelné části spektra se jejich barva jeví jako bílá. 

Vznik bílých trpaslíků

Bílí trpaslíci jsou hvězdy, které už v minulosti prošly stádiem červeného obra a odhodily své vnější plynové obaly (které pak často tvoří tzv. planetární mlhovinu).  

Neprobíhá v nich už termonukleární fúze. Přišly tedy o svůj hlavní zdroj energie a už se jen ochlazují. Vzhledem k vysoké vnitřní teplotě (odhaduje se na 20 milionů Kelvinů) stačí jejich energie na to, aby zářily ještě dalších 10 miliard roků. Pro srovnání, je to řádově stejně dlouho jako existuje náš vesmír. 

Vnitřní život bílého trpaslíka

Typickým představitelem tohoto druhu hvězd je Sirius B. Má přibližně stejnou hmotnost jako Slunce, povrchovou teplotu 27000 K (Slunce má zhruba 6000 K), jeho svítivost ale odpovídá pouze 0,002 sluneční svítivosti. Sirius B oběhne hlavní hvězdu Sirius A jednou za 50 let.

Hmota v bílých trpaslících vykazuje obrovskou hustotu. Znamená to zároveň, že na povrchu takové hvězdy panuje také odpovídající gravitace. U Siria B je asi 375 000 krát vyšší než na Zemi. Člověk, který na naší planetě váží 80 kilogramů by na tomto hvězdném hřbitově vážil kolem 30 tisíc tun. 

A nejen to. Gravitace na Síriu B je tak vysoká, že se to projevuje dokonce i na světle, které vyzařuje. 

Ve spektru každé hvězdy se nacházejí typické absorpční a emisní čáry. Jejich poloha ve spektru závisí na chemické charakteristice hmoty hvězdy. Vzhledem k tomu, že fyzika funguje v celém vesmíru - i charakteristiky spekter podobných hvězd tedy musí být identické. Astronomové ovšem pozorují u hvězdy Sirius B jinou polohu specifických spektrálních čar než u běžných hvězd. Jsou posunuté k červenému konci spektra. To je způsobeno právě gravitací, která panuje na povrchu této zajímavé hvězdy. 

Čím těžší - tím … menší

K červenému konci spektra posunuté spektrální linie jsou ale jen jednou ze zajímavých vlastností bílých trpaslíků. Možná ještě zajímavější je, že pro ně neplatí obecná rovnice “čím více hmoty, tím větší hvězda”. Naopak - čím více hmoty bílý trpaslík má, tím … menší jsou jeho rozměry. 

V roce 2021 objevili astronomové bílého rekordmana. Hvězda ZTF J1901+1458 má poloměr pouhých 2140 kilometrů. Svými rozměry tedy odpovídá spíše našemu Měsíci. Přitom vykazuje úctyhodnou hmotnost 1,35 násobku Slunce. 

Vědci vysvětlují tyto podivné vlastnosti degenerací hmoty, ze které se bílý trpaslík skládá. 

Jádra atomů se skládají z částic, které spadají do kategorie fermionů. Ty mají jednu zajímavou vlastnost - nehodlají se se svými kolegyněmi dělit o prostor, který obývají. Ve skutečnosti se částice dokonce snaží udržovat jedna od druhé určitý zdravý odstup. 

V bílých trpaslících panují tak vysoké teploty a tlaky, že se částicím nedaří dodržet svůj dosavadní životní styl. Je tedy jen logické, že čím vyšší je hmotnost takové hvězdy, tím větší je šance, že se částice musí přizpůsobit - a smíří se s menším životním prostorem. Částicím to samozřejmě není lhostejné. Odpor, který mají proti takovému stylu života, je právě onou silou, která vyvažuje působící gravitaci a udržuje hvězdu v rovnováze.