Чандрасекарова граница: максимална маса на бяло джудже — ≈1.4 слънчеви маси

Чандрасекарова граница: как ≈1.4 слънчеви маси определят съдбата на бялото джудже — стабилност или колапс в неутронна звезда/черна дупка и откритието на С. Чандрасекар.

Границата на Чандрасехар е максималната маса на стабилна звезда бяло джудже. Тя произтича от работата на други учени и от изчисленията на индийският физик Субрахманян Чандрасеххар, които той публикува в серия статии между 1931 и 1935 г. На практика границата показва колко масивно може да бъде едно бяло джудже, преди силата на гравитацията да стане по-голяма от налягането, което електронната дегенерация в ядрото може да осигури. Стойността на границата е от порядъка на ≈1,4 пъти масата на Слънцето (за типичен състав въглерод/кислород).

Физичен механизъм

Границата на Чандрасехар се дължи на свойствата на електронния газ във вътрешността на плътна звезда. При високи плътности електроните стават дегенерирани — тяхната кинетична енергия е ограничена от принципа на Паули и създава налягане, независимо от температурата. В непълна релативистична (нелинейна) област това налягане расте по-бързо от плътността, позволявайки стабилност. Когато обаче електроните станат реликтивистки (скоростите им доближават скоростта на светлината), зависимостта на налягането от плътността се променя и не може да балансира неограничаващо растящото гравитационно притегляне. Това води до критична маса над която състоянието без допълнителна опора е нестабилно.

Числена стойност и зависимост от състава

Точната стойност зависи от средната моларна маса на протоните на електрон (обозначавана често като μ_e), т.е. от химичния състав на звездата. При типични бели джуджета със състав въглерод/кислород μ_e≈2 се получава стойност около 1,4 M☉. Формулно стойността може да се изрази приблизително като M_ch ≈ 5.83 / μ_e^2 M☉, което за μ_e=2 дава ≈1.44 M☉. За различен състав (например по-лек хелий или по-тежък желязо) границата се измества леко.

Астрономически последици

Белите джуджета с маса над границата на Чандрасехар не могат да останат стабилни само заради електронната дегенерация. Те могат да преминат през няколко пътя: при натрупване на маса (например чрез акреция в двойна система) бялото джудже може да достигне или да превиши границата и да изгори термоядно (термоядрен колапс/експлозия), което се свързва с тип Ia свръхнови — важен клас явления, използван за измерване на космологични разстояния. При други обстоятелства прекомерната маса може да колапсира в по-компактен обект — неутронна звезда или дори черна дупка.

Нюанси и модификации

• Ротация: бързото въртене може да осигури допълнителна центробежна подпора и да повиши временно критичната маса (възможни са „супер-Чандрасекарови“ джуджета при диференциално въртене), но такава стабилност често е преходна.
• Магнитни полета: силни магнитни полета също могат да видоизменят структурите и да променят малко пределната маса.
• Общи теории на относителността: включването на общата теория на относителността и по-прецизни микрофизични условия дава корекции, но основната идея остава валидна.
• Наблюдения: някои свръхнови тип Ia и други обекти подхранват дискусии за случаи, при които се регистрират по-големи маси от класическата стойност, но тези резултати често изискват сложни обяснения (например сливане на две бели джуджета, ротация или асиметрична експлозия).

Исторически бележки

Работата на Чандрасеххар първоначално среща скептицизъм и известна опозиция сред някои влиятелни учени от времето, но с минаване на годините и с подкрепата на теоретични и наблюдателни резултати идеята се утвърждава като основен принцип в еволюцията на звезди и компакти обекти. Чандрасехар по-късно е отличен с Нобелова награда за приноса си в астрофизиката.

В обобщение: границата на Чандрасехар е ключов физичен праг (~1.4 M☉ при типичен състав), който определя дали едно бяло джудже може да остане стабилно или ще претърпи термоядрен взрив или гравитационен колапс до по-компактен обект.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява границата на Чандрасекхар?

В: Кой е работил по изчисляването на границата на Чандрасекхар?

Въпрос: Кога Чандрасекхар публикува поредица от статии за границата на Чандрасекхар?

Въпрос: Каква е стойността на границата на Чандрасекхар?

Въпрос: Защо белите джуджета с маси над границата биха колабирали гравитационно?

Въпрос: Какво би се случило с белите джуджета с маси под границата?

В: Какво обикновено се случва с белите джуджета, преди да претърпят колапс?

Търсене по буква