Sfarsitul vietii unei stele depinde de masa cu care s-a nascut. Stelele care au o masa mare isi pot incheia viata devenind gauri negre sau stele neutronice. Stelele cu masa medie sau mica (masa mai mica de 8 mase solare) vor deveni stele pitice albe. O pitica alba tipica este aproape la fel de masiva ca soarele nostru, insa este doar putin mai mare decat Pamantul. De-aici rezulta ca piticele albe sunt unele din cele mai dense forme de materie, fiind depasite numai de stelele neutronice si gaurile negre. Stelele cu masa medie, cum e soarele nostru, traiesc prin fuzionarea hidrogenului in heliu, in interiorul nucleelor lor. Asta este exact ceea ce face soarele nostru acum.
Reactiile din nucleul unei stele cu masa medie
Caldura pe care o genereaza soarele prin fuziunea nucleara creeaza o presiune exterioara. Peste 5 miliarde de ani, soarele isi va fi consumat tot hidrogenul din nucleu. Aceasta situatie este similara cu o oala sub presiune. Incalzirea unui lucru intr-un recipient inchis determina o acumulare de presiune. Desi, din punct de vedere tehnic, soarele nu este un recipient inchis, gravitatia il face sa se comporte ca unul, tragand steaua spre interior, in timp ce presiunea creata de gazul fierbinte din nucleu impinge catre exterior. Echilibrul dintre presiune si gravitatie este foarte delicat.
Cand soarele va ramane fara hidrogen pe care sa-l fuzioneze, balanta se va inclina in favoarea gravitatiei, iar acesta va incepe sa se prabuseasca. Insa, compactarea unei stele o face sa se incalzeasca din nou, iar aceasta poate sa fuzioneze restul de hidrogen ramas in invelisul din jurul nucleului sau. Invelisul de hidrogen extinde straturile exterioare ale stelei. Cand se va intampla acest lucru, soarele va deveni o giganta rosie – va fi atat de mare incat va inghiti planeta Mercur. Cand o stea devine mai mare, caldura acesteia se extinde, facand ca temperatura sa generala sa fie mai rece. Insa, temperatura din nucleul soarelui nostru, devenit acum o giganta rosie, creste pana cand este indeajuns de fierbinte pentru a fuziona heliul. In cele din urma, acesta va transforma heliul in carbon si alte elemente grele. Soarele va petrece doar 1 miliard de ani ca giganta rosie (petrece 10 miliarde de ani fuzionand hidrogen).
Ce se intampla dupa faza de giganta rosie?
Stim deja ca stelele cu masa medie, ca soarele nostru, devin gigante rosii. Ce se intampla insa dupa aceea? Soarele nostru, devenit giganta rosie, va continua sa fuzioneze heliu in carbon. Insa, atunci cand va epuiza heliul, acesta nu va fi indeajuns de fierbinte pentru a arde carbonul. Deci, care e urmatorul pas? Intrucat soarele nu va fi indeajuns de fierbinte pentru a fuziona carbonul din nucleul sau, acesta va ceda din nou in fata gravitatiei. Cand nucleul acestuia se va contracta, va cauza o eliberare de energie care va determina plicul sa se extinda. Acum steaua a devenit si mai mare decat inainte. Raza soarelui va fi devenit mai mare decat orbita Pamantului.
In acest punct, soarele nu va fi foarte stabil si va pierde din masa. Acest lucru va continua pana cand steaua isi va expulza in cele din urma straturile exterioare. Cu toate acestea, nucleul soarelui va ramane intact si va deveni o pitica alba. Steaua pitica alba va fi inconjurata de un invelis de gaz, intr-un obiect cunoscut drept o “nebuloasa planetara”. Exista cateva nebuloase planetare care pot fi vazute cu ajutorul unui telescop pentru amatori. In cazul unora dintre ele, pitica alba din centru poate fi vazuta cu ajutorul unui telescop de dimensiuni moderate.
Nebuloasele planetare par sa marcheze tranzitia unei stele cu masa medie, de la giganta rosie la pitica alba. Stelele care au o masa comparabila cu cea a soarelui nostru vor deveni pitice albe in termen de 75 000 de ani de la expulzarea straturilor exterioare. In cele din urma, aceste stele, la fel ca si soarele nostru, se vor raci, radiind caldura in spatiu si devenind bucati negre de carbon. Va dura 10 miliarde de ani, insa, intr-o zi, soarele nostru va ajunge la capatul liniei si va deveni o pitica neagra.
Importanta piticelor albe si detectarea acestora in spatiu
Piticele albe ne pot spune mai multe despre varsta universului. Daca putem estima durata de timp necesara pentru ca o pitica alba sa se raceasca si sa devina o pitica neagra, acest lucru ne poate da o limita inferioara a varstei universului si a galaxiei noastre. Insa, deoarece dureaza miliarde de ani ca piticele albe sa se raceasca, oamenii de stiinta nu cred ca universul este indeajuns de batran pentru ca vreuna din aceste stele sa devina o pitica neagra. Gasirea unor pitice negre ar schimba cu siguranta intelegerea noastra legata de procesul de racire a piticelor albe.
Exista mai multe moduri prin care piticele albe pot fi observate. Prima pitica alba a fost descoperita deoarece este steaua insotitoare a lui Sirius din constelatia Canis Major. In anul 1844, astronomul Friedrich Bessel a observat ca Sirius avea o usoara miscare inainte si inapoi, ca si cum ar fi orbitat in jurul unui obiect nevazut. In anul 1863, opticianul si producatorul de telescoape Alvan Clark a vazut acest obiect misterios. Aceasta stea insotitoare a fost mai tarziu clasificata drept o pitica alba. Acum, aceasta pereche este denumita Sirius A si B, pitica alba fiind Sirius B. Perioada orbitala a acestui sistem este de aproximativ 50 de ani.
Deoarece piticele albe sunt foarte mici si, prin urmare, foarte greu de detectat, sistemele binare sunt o modalitate utila de a le localiza. Ca si in cazul sistemului Sirius, daca o stea pare sa aiba un fel de miscare inexplicabila, s-ar putea constata ca aceasta este de fapt un sistem stelar multiplu. La o privire mai atenta, acel sistem ar putea contine o insotitoare pitica alba.
Instrumente utile in detectarea piticelor albe
Telescopul Spatial Hubble, cu oglinda sa de 2,4 metri si cu sistemele optice avansate, a vizualizat cu succes pitice albe. In august 1995, camera cu care este dotata Telescopul Spatial Hubble a observat peste 75 de pitice albe in clusterul globular M4 din constelatia Scorpius. Aceste pitice albe erau atat de slab iluminate, incat cea mai luminoasa dintre ele parea a fi un bec de 100 de wati, vazut de la distanta Lunii. M4 se afla la 7000 de ani lumina distanta, insa este cel mai apropiat cluster globular de Pamant. Acesta are varsta de aproximativ 14 miliarde de ani, motiv pentru care cele mai multe stele din interiorul sau se afla la finalul vietii.
Telescoapele optice nu reprezinta singura modalitate prin care pot fi observate piticele albe. Pitica alba HZ 43 a fost observata cu ajutorul satelitului cu raze x ROSAT. Razele x provin din interiorul suprafetei vizibile a piticei albe. Aceasta regiune este foarte densa si poate ajunge pana la temperatura de 100 000 de grade in cazul unei pitice albe tinere. Straturile exterioare ale unei pitice albe contin numai heliu si hidrogen, prin urmare, acestea sunt transparente pentru razele x care sunt emise de catre straturile interioare mai fierbinti.
