כוכבים בעלי מסות שונות מתפתחים בדרכים שונות. עבור כוכבים הדומים לשמש שלנו, שלבי החיים הסופיים כוללים היווצרות ערפיליות פלנטריות ולאחריה יצירת ננס לבן – כוכב שגודלו אינו עולה על גודל כדור הארץ צפיפותו מגיעה לכדי 1 טון לסנטימטר מעוקב. החומר בננסים לבנים צפוף פי 200,000 מהחומר בכדור הארץ!
באדיבות NASA
על פי התיאוריה, כוכבים שמתחילים את חייהם עם מסה הגדולה מ- 0.1 מסה שמש ועד 8 – 10 מסות שמש ימותו כולם כננסים לבנים. הגבול העליון בטווח מסה זה אינו מוגדר היטב, מכיוון שכוכבים שונים משחררים מסה בקצב שונה, המסה הקובעת היא מסת "המוות": מסתם של ננסים לבנים שאינה יכולה לעלות על 1.4 מסות שמש. המעטפת החיצונית של הכוכבים שיהפכו לננסים לבנים מתנפחת כשהכוכב נמצא בשלביו האחרונים, והם עשויים להשיל את שכבות חיצוניות בשלבים האחרונים כענקים האדומים. למרות שאיבדו כמות מסה גדולה, במקרים רבים רוב המסה עדיין נשארת בליבה הצפופה והחמה.
בשנת 1844, האסטרונום הגרמני פרידריך בסל בחן את תנועותיו של הכוכב הבהיר ביותר בשמיים, סיריוס, ומצא שהוא נע קדימה ואחורה בשל נוכחותו של כוכב קלוש ובלתי נראה שחג סביבו. כוכב זה לא זוהה עד 1862, אז גילה אותו יצרן הטלסקופים האמריקני אלוון קלארק, בשל הקושי לזהותו עקב זוהרו הרב של סיריוס. בשנת 1915, אסטרונום בהר ווילסון וו. ס. אדאמס גילה כי בן הזוג לוהט בצבע כחלחל-לבן, עם תכונות שממקמות אותו מתחת לסדרה הראשית בתרשים H-R. יש לו מסה של השמש (שנקבעה לפי המסלול שלו), אך בהירותו כה נמוכה, עד כי פני השטח שלו אינם יכולים לעלות על גודלו של כדור הארץ (מסקנה הנובעת בשל חוק סטפן-בולצמן). בעידן שבו טרם פוענחו כליל התגובות הגרעיניות קיומו של כוכב כה קטן וצפוף היה מבלבל, כמו גם קיומם של כוכבים באופן כללי.
באדיבות וויקפדיה
התיאוריה המסבירה את מצבם של הננסים הלבנים פותחה בין 1930 ל- 1931 על ידי סברהמניאן צ'אנדרסקר (Chandrasekhar). צ'אנדרסקר יליד הודו, החל לראשונה לחשוב על ננסים לבנים בהפלגה הארוכה שבה נסע מהודו אל קולג' באנגליה. על פי התיאוריה שפיתח אם תפסק פעולת הכוח הגרעיני במרכז כוכב הוא יקרוס בשל כוח הכבידה עד שייתמך בכוח שמפעילים חלקיקי החומר האחד על השני. בעודו חווה דעות קדומות פעמים רבות בחייו בגלל אמונתו ולאומיותו, דבר לא הכין אותו, או פגע בו יותר מהלעג שהפגינו אסטרונומים בכירים לרעיון שלו. אך הוא התמיד ברעיונותיו, בסופו של דבר הם התקבלו על ידי הקהילה המדעית. צ'אנדרסקר קיבל את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1983. חישוביו חשפו מצב מוזר מאוד של חומר. צ'אנדרסקר לא היה רק חוקר מבריק, אלא גם היה מורה ויועץ מסור, ושימש גם כאב אינטלקטואלי לדור שלם של אסטרופיזיקאים תיאורטיים.
כאשר לא נותרת אנרגיה זמינה בליבת הכוכב שתיצור לחץ כלפי חוץ, הכוכב קורס ומתרסק עד שכל האטומים בליבתו נדבקים זה לזה ויוצרים חומר צפוף מאוד. אבל מה המשמעות האמתית של "נדבקים יחד"? בננס לבן הטמפרטורות והצפיפויות גבוהות ביותר, האלקטרונים נעים כמעט במהירות האור והחומר מאבד את תכונותיו המוכרות. עניין מפתיע, החומר מפסיק להתנהג כמו גז מושלם. למעשה, זה כבר איננו גז, נוזל או מוצק, אלא סוג חדש של חומר המורכב מגרעיני אטומיים המופרדים על ידי ים של אלקטרונים בצפיפות יוצאת דופן; לו הייתה מגיעה כפית מלאה בחומר של ננס לבן לכדור הארץ היא הייתה שוקלת כמו פיל. חלקם הפנימי של ננסים לבנים עשוי להגיע לצפיפות של מיליארדי קילוגרם למטר מעוקב, השכבות החיצוניות שלו עשויות להיות מורכבות מחומר רגיל – יתכן שגז חם יוותר על פני השטח המוצק והסלעי או דמויי קריסטל, אך בתוך הקרום החיצוני בעומק של 20 עד 75 ק"מ (ננסים לבנים רבים עשויים פחמן, הם למעשה יהלומי ענק). הצפיפות עשויה להיות גבוהה עד כדי 3 מיליון קילוגרם למטר מעוקב. צפיפות גבוהה שכזו הושגה רק להרף עין במעבדות בכדור הארץ.
ברמה המיקרוסקופית, גרעיני אטומיים טעונים חיובית מתארגנים במבנים מסודרים, הנשלטים על ידי הכוחות החשמליים הפועלים ביניהם. האלקטרונים נעים בחופשיות דרך הסריג הגבישי הזה באותה דרך שבה אלקטרונים עוברים דרך סריג הנחושת של תיל כאשר זרם חשמלי זורם דרכו. תיאוריית הקוונטים של החומר אומרת ששני חלקיקים לא יכולים להיות בעלי אותה תכונה בדיוק. הגבלה זו פירושה שאלקטרונים הנמצאים בסמיכות זה לזה חווים לחץ שמונע מהננס הלבן להוסיף ולהתכווץ. לחץ זה נקרא לחץ אלקטרונים מנוונים, ומצב החומר בננס לבן נקרא גז אלקטרונים מנוון. ליבת השמש עתידה להגיע למצב של חומר מוזר שזה בעוד קצת יותר מחמישה מיליארד שנים. בכוכבים בעלי מסה נמוכה יותר, תהליך זה מתרחש כבר בליבת הליום מנוונת בשלב הענק האדום. לא חשוב באיזה מקום בדיאגרמת ה- HR הכוכב מתחיל להפוך לננס לבן, הוא תמיד נוצר במרכז ערפילית פלנטרית מתרחבת.
באדיבות Teach Astronomy
לרוב הננסים הלבנים בתחילת דרכם יש טמפרטורות של 10,000 עד 20,000 מעלות קלווין, והן עשויות להגיע אפילו ל- 100,000K. עם זאת, לכוכבים החמים הללו יש בהירות נמוכה מכיוון שיש להם שטח פנים כה קטן. הטמפרטורות הגבוהות שלהם הן זמניות. כמות כה גדולה של חום מאוחסנת בקרבם ושטח פנים כה קטן, גם לכך שזמן רב עובר עד שננסים לבנים מצליחים להקרין מספיק אנרגיה בכדי להתקרר משמעותית. הננסים הלבנים העתיקים ביותר התקררו לטמפרטורות שמתחת ל- 4000K והבהירות פחותה מ- 0.0001 מזו של השמש. כדי להגיע לטמפרטורות כאלה היו כוכבים אלה צריכים להיווצר לפני לפחות 10 מיליארד שנים! חלק מהננסים הלבנים עשויים להיות בין הכוכבים העתיקים ביותר שאנו רואים. עם הזמן הכוכבים האלה פשוט ימשיכו להתקרר. טריליוני שנים מהיום, יוותרו מהם "גוויות כוכבים" קרות, הם יהפכו לגופים אפלים.
ננסים לבנים לא יכולים להיות בעלי מסה הגבוהה מ- 1.4 מסות שמש מכיוון שמבנה הננסים הלבנים הופך להיות בלתי יציב בנקודה זו. אם הייתם מנסים להוסיף מסה על פני ננס לבן שמסתו 1.4 מסות שמש, כוח המשיכה שלו היה הופך להיות כה חזק, שהוא היה מתגבר על התנגדות האלקטרונים לדחיסה נוספת. מסה קריטית זו נקראת גבול צ'אנדרסקר, והיא חלה רק על מסת הליבה של הכוכב ולא על המסה הראשונית. נתונים עדכניים מראים שכוכבים עם מסות ראשוניות של 0.08 לערך ועד 10 מסות שמש מתפתחים לננסים לבנים. בכוכבים המאסיבים ביותר מפתחות רוחות חזקות (שעוצמתן גבוהה מרוח השמש) או שמתרחשים בקרבם פיצוצים המסלקים מעטפות של הכוכב עד שהם יורדים אל מתחת לגבול צ'אנדרסקר. השמש תשליך ככל הנראה כ- 40% ממסתה כאשר היא תעבור את השלב של ענק אדום, בערך בעוד 5 מיליארד שנה, ואז תתמוטט לננס לבן בגודל של כ- 0.6 מסת שמש.
נתונים סטטיסטיים מפתיעים חושפים שרוב כוכבי הסדרה הראשית פחות מסיביים מהשמש. לכן רוב הכוכבים יסיימו את חייהם כננסים לבנים. בשיר הקלאסי של פינק פלויד "Shine On, You Crazy Diamond", מתואר כוכב גוסס שהוא מטאפורה לחייו המבריקים אך הבעייתיים של אחד מהחברים בלהקה. ננס לבן בעל ליבת הפחמן הגבישית, אכן דומה ליהלום מסיבי במובנים מסוימים. עם זאת, כל אחת מאבני חן השמימיות הללו עתידה לאבד את זוהרה ולדעוך בסופו של דבר.
Author: Chris Impey