المادة المتحللة والأقزام البيضاء
القزم الأبيض هو نواة نجم منخفض أو متوسط الكتلة، بحجم الأرض، تبرد ببطء، ويُدعم ليس بالحرارة ولكن بالضغط الكمومي للإلكترونات المكدسة بكثافة.
Definition
المادة المتحللة هي مادة مضغوطة لدرجة أن قوى الاستبعاد الكمومي تملأ حالات الطاقة المنخفضة المتاحة وتوفر ضغطًا يكاد يكون مستقلاً عن درجة الحرارة، والقزم الأبيض هو بقايا نجمية مدمجة مدعومة بضغط تحلل إلكتروناتها.
Scope
يغطي هذا الموضوع فيزياء المادة المتحللة إلكترونيًا، وبنية الأقزام البيضاء المدعومة بضغط تحلل الإلكترونات، وعلاقة الكتلة بنصف القطر العكسية وحد كتلة شاندراسيخار، والتبريد البطيء للأقزام البيضاء واستخدامها كساعة كونية، وتركيبها وتبلورها.
Core questions
- ما الذي يدعم القزم الأبيض إذا لم يعد يحرق الوقود؟
- لماذا تمتلك الأقزام البيضاء الأكثر كتلة أنصاف أقطار أصغر؟
- ما هي الكتلة القصوى للقزم الأبيض؟
- كيف تبرد الأقزام البيضاء وكيف يمكن استخدام ذلك لتحديد عمرها؟
Key concepts
- تحلل الإلكترونات
- مبدأ باولي للاستبعاد
- علاقة الكتلة بنصف القطر
- حد شاندراسيخار
- تبريد القزم الأبيض
- نواة الكربون والأكسجين
- التبلور
Key theories
- ضغط تحلل الإلكترونات
- عند كثافات الأقزام البيضاء، تُجبر الإلكترونات على الدخول في حالة متحللة حيث يوفر مبدأ باولي للاستبعاد ضغطًا يعتمد على الكثافة ولكن بالكاد على درجة الحرارة، مما يسمح للبقايا الباردة بمقاومة الجاذبية إلى أجل غير مسمى.
- حد كتلة شاندراسيخار
- مع اكتساب القزم الأبيض للكتلة، يتقلص، وعندما تصبح الإلكترونات نسبية، لم يعد الضغط قادرًا على مواكبة الجاذبية؛ وفوق حد شاندراسيخار الذي يبلغ حوالي 1.4 كتلة شمسية، لا يوجد قزم أبيض مستقر، وهي نتيجة محورية للمستعرات العظمى من النوع Ia.
Mechanisms
عندما يتخلص نجم منخفض أو متوسط الكتلة من غلافه، تبقى نواته الساخنة من الكربون والأكسجين كقزم أبيض حيث توفر الإلكترونات المكدسة بكثافة ضغط التحلل الذي يوازن الجاذبية دون أي مصدر حراري. وبدون الاندماج، تشع البقايا ببساطة طاقتها الحرارية المخزنة وتبرد على مدى مليارات السنين، لتتبلور في النهاية.
Clinical relevance
الأقزام البيضاء هي البقايا النجمية الأكثر شيوعًا وساعة كونية رئيسية: تحدد أعمار تبريدها عمر التجمعات النجمية، ويتحكم حد شاندراسيخار في المستعرات العظمى من النوع Ia المستخدمة كشموع قياسية قابلة للمعايرة في علم الكونيات، وقد قدمت فيزياؤها أول دليل على أن التحلل الكمومي يدعم النجوم.
History
طبق فاولر الإحصاءات الكمومية الجديدة على الأقزام البيضاء في عام 1926، واشتق شاندراسيخار الكتلة الحدية في عام 1931 على الرغم من مقاومة إدينغتون، وطور ميستل نظرية تبريد الأقزام البيضاء في الخمسينيات من القرن الماضي والتي تدعم استخدامها كمقاييس زمنية كونية.
Key figures
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Ralph Fowler
- Arthur Eddington
- Leon Mestel
Related topics
Seminal works
- chandrasekhar1931
- shapiro1983
Frequently asked questions
- لماذا لا ينهار القزم الأبيض على الرغم من أنه لا يحرق الوقود؟
- يأتي دعمه من ضغط تحلل الإلكترونات، وهو تأثير كمومي لا يتطلب حرارة؛ حتى مع برودة القزم الأبيض نحو درجة حرارة الصفر، يستمر هذا الضغط في دعمه ضد الجاذبية.
- لماذا يوجد حد أقصى لكتلة الأقزام البيضاء؟
- إضافة الكتلة تجعل القزم الأبيض أكثر كثافة وأصغر حجمًا، مما يجبر إلكتروناته على التحرك بالقرب من سرعة الضوء؛ توفر الإلكترونات النسبية ضغطًا أقل لضغط معين، لذا فوق حوالي 1.4 كتلة شمسية، تتغلب الجاذبية على الدعم ولا يمكن للنجم أن يظل قزمًا أبيض مستقرًا.