ดาวแคระขาวอยู่ในทางช้างเผือกใช่หรือไม่?
ดาวแคระขาวเป็นดาวที่อยู่ในช่วงสุดท้ายของวิวัฒนาการของดาวทุกดวงที่มีมวลไม่มากซึ่งมีปริมาณ 97% ของดาวฤกษ์ที่พบในทางช้างเผือก หลังจากที่ดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักได้จบช่วงที่มีปฏิกิริยาไฮโดรเจนนิวเคลียร์ฟิวชั่นลง มันก็จะขยายเป็นดาวยักษ์แดง และหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกซิเจนที่ใจกลางโดยกระบวนการ triple-alpha ถ้าดาวยักษ์แดงมีมวลไม่เพียงพอที่จะทำให้ใจกลางมีอุณหภูมิสูงพอที่จะหลอมคาร์บอนได้ มวลเฉื่อยของคาร์บอนและออกซิเจนจะก่อตัวที่ศูนย์กลาง หลังจากนั้นชั้นนอกของดาวก็จะถูกพ่นออกไปกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ ก็จะเหลือเพียงใจกลางที่เป็นดาวแคระขาวไว้
ระบบสุริยะอยู่ห่างจากใจกลางดาราจักรออกมาราว 26,490 (± 100) ปีแสง โดยตั้งอยู่ตรงขอบด้านในของแขนนายพราน (Orion Arm) เมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตรฟ้า ทางช้างเผือกขึ้นไปเหนือสุดที่กลุ่มดาวแคสซิโอเปีย และลงไปใต้สุดบริเวณกลุ่มดาวกางเขนใต้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าระนาบศูนย์สูตรของโลก ทำมุมเอียงกับระนาบดาราจักรอยู่มาก คนในเมืองใหญ่ไม่มีโอกาสมองเห็นทางช้างเผือกเนื่องจากมลภาวะทางแสงและฝุ่นควันในตัวเมือง แถบชานเมืองและในที่ห่างไกลสามารถมองเห็นทางช้างเผือกได้ แต่บางคนอาจนึกว่าเป็นก้อนเมฆในบรรยากาศ
เมื่อสังเกตเห็นท้องฟ้ายามค่ำคืนคำว่า "ทางช้างเผือก" ถูกจำกัดกลุ่มหมอกของแสงสีขาวบาง 30 องศา ลอยกว้างข้ามท้องฟ้า (แม้ว่าทั้งหมดของดาวที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นส่วนหนึ่งของดาราจักรทางช้างเผือก) แสงในแถบนี้มาจากดาวที่สลายและวัสดุอื่น ๆ ที่อยู่ภายในระนาบทางช้างเผือก บริเวณมืดภายในวง เช่น ระแหงดี และถุงถ่าน ที่สอดคล้องกับบริเวณที่มีแสงจากดาวไกลถูกบล็อกโดย ฝุ่นละอองระหว่างดวงดาว การแผ่รังสีในช่วงคลื่นแสงที่ถูกแผ่ออกมาในดาวแคระขาวจะแปรผันในช่วงความยาวคลื่นกว้าง จากสีน้ำเงินของดาวชนิด O ในแถบลำดับหลักไปจนถึงดาวแคระแดงชนิด M ดาวแคระขาวมีอุณหภูมิยังผลที่พื้นผิวสูงกว่า 150,000 K จนต่ำกว่า 4,000 K
และจากกฎสเตฟาน โบล์ทซมาน กำลังส่องสว่างจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับอุณหภูมิพื้นผิว พิสัยของอุณหภูมิพื้นผิวนี้สัมพันธ์กับกำลังส่องสว่างตั้งแต่ 100 เท่าของดวงอาทิตย์และต่ำกว่า 1/10,000 เท่าของดวงอาทิตย์ ดาวแคระขาวร้อนที่มีอุณหภูมิพื้นผิวเกินกว่า 30,000 K ซึ่งถูกสำรวจในช่วง X-ray ที่มีพลังงานต่ นี่ทำให้องค์ประกอบและโครงสร้างของบรรยากาศถูกศึกษาโดยการสังเกตการณ์ X-ray อ่อน ๆ และอุลตร้าไวโอเลต
ถ้าดาวแคระขาวไม่มีการเพิ่มมวลจากดาวคู่ของมันหรือแหล่งอื่น การแผ่รังสีก็จะมาจากความร้อนที่สะสมไว้ ดาวแคระขาวมีพื้นที่ผิวน้อยมากสำหรับการแผ่รังสี ดังนั้นมันจะยังคงร้อนไปตลอดระยะเวลายาวนาน ถ้าดาวแคระขาวเย็นและมีอุณหภูมิพื้นผิวลดลง การแผ่รังสีของมันจะเป็นแดงขึ้นและกำลังส่องสว่างจะลดลง เพราะดาวแคระขาวไม่มีการแผ่พลังงานอื่นนอกจากการแผ่รังสีทำให้การแผ่รังสีของมันช้า Bergeron, Ruiz และ Leggett ยกตัวอย่างการประมาณว่าหลังจากดาวแคระขาวคาร์บอนที่มีมวล 0.59 เท่าของดวงอาทิตย์และบรรยากาศที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน อุณหภูมิพื้นผิวลดต่ำลงถึง 7,140 K จะใช้เวลา 1.5 พันล้านปี ดาวที่เย็นประมาณ 500 ถึง 6,590 K ใช้เวลาประมาณ 0.3 พันล้านปีแสง แต่สองขั้นต่อไปคือประมาณ 500 K (ถึง 6,030 และ 5,550 K) จะอยู่ 0.4 แรกถึง 1.1 พันล้านปี ถึงแม้ว่าองค์ประกอบของดาวแคระขาวเป็นพลาสมาเริ่มแรก มันก็ถูกทำนายตามทฤษฎีในทศวรรษที่ 1960 ในการเย็นตัวขั้นสุดท้าย มันควรจะเป็น crystallize ที่จุดศูนย์กลางดาว โครงสร้างของ crystal ถูกคิดว่าจะเป็น body-centered cubic ในปี 1995 มันถูกแสดงให้เห็นว่าการเต้นเป็นจังหวะของดาวแคระขาวจากการสังเกตการณ์แผ่นดินไหวบนดาวเป็นผลคือการทดสอบพลังงานศักย์ในทฤษฎี crystalization และปี 2004 Travis Metcalfe และทีมนักวิจัย Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ประมาณจากการสังเกตการณ์ว่าประมาณ 90% ของมวลของ BPM 37093ถูก crystallize จากงานอื่นพบว่ามวลคริสตัลเป็นอัตราส่วนระหว่าง 32% และ 82%
การสำรวจดาวแคระขาวส่วนใหญ่พบอุณหภูมิพื้นผิวที่สูงระหว่าง 8,000 K และ 4,000 K ดาวแคระขาวใช้เวลาในการเย็นตัวในช่วงชีวิตของมันมากกว่าขณะที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นเราควรคาดว่าดาวแคระขาวที่เย็นตัวแล้วมีมากกว่าดาวแคระที่ร้อนกว่า ครั้งหนึ่งเราปรับ selection effect ว่าดาวแคระขาวที่ร้อนมีกำลังส่องสว่างมากกว่าจะง่ายต่อการสังเกต เราพบว่าการพิสัยการลดลงของอุณหภูมิถูกตรวจสอบจากผลลัพธ์ในการค้นพบดาวแคระขาว แนวทางนี้หยุดเมื่อพวกเราเอื้อมไปถึงดาวแคระขาวที่เย็นตัวลงมาก ดาวแคระขาวจำนวนมากถูกสังเกตว่าอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า 4,000 K และดาวจำนวนน้อยที่จะถูกพบว่ามีอุณหภูมิต่ำกว่า 4,000 K และหนึ่งดาวที่เย็นที่สุดที่ถูกสำรวจ WD 0346+246 มีอุณหภูมิพื้นผิวประมาณ 3,900 K เหตุผลนั้นสำหรับมันคืออายุของเอกภพมีจำกัด ไม่มีเวลาพอที่จะทำให้ดาวแคระขาวเย็นตัวลงถึงอุณหภูมินี้ได้ ฟังก์ชันกำลังส่องสว่างของดาวแคระขาวสามารถถูกใช้ในการหาระยะเวลาที่ดาวเริ่มจะก่อตัวในบริเวณนั้น การประมาณอายุของ Galactic diskจากวิธีนี้คือ 8 พันล้านปี
ดาวแคระขาวจะเย็นตัวลงจะกลายเป็นดาวที่ไม่มีการแผ่รังสีหรือดาวแคระดำจากการประมาณสมดุลทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่สิ่งแวดล้อมที่มันอยู่และพื้นหลังของจักรวาล อย่างไรก็ตามยังไม่มีดาวแคระดำในปัจจุบัน ถ้าดาวเคราะขาวมีคู่ที่อยู่ใกล้มันมากเกินไปหรือเกยเข้ามาในขอบเขตโรเชของมัน ดาวแคระขาวก็จะเริ่มดึงมวลจากคู่ของมันแล้ว คู่ของมันอาจเป็นดาวในแถบลำดับหลักหรือเป็นดาวอายุมากที่ใกล้สิ้นสุดอายุขัยและกำลังกลายเป็นดาวยักษ์แดงก็ได้ ก๊าซที่ถูกดึงมาส่วนใหญ่ประกอบไบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งเป็น 2 ธาตุหลักในส่วนประกอบสสารธรรมดาในจักรวาล ก๊าซที่ถูกดูดมาถูกอัดแน่นบนพื้นผิวของดาวแคระขาวโดยแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงของมัน สสารที่ดาวแคระขาวดูดมาถูกบีบอัดและเพิ่มความร้อนจนอุณหภูมิสูงมากในขณะที่สสารกำลังถูกดูดออกมาจากดาวอย่างต่อเนื่อง ดาวแคระขาวประกอบไปด้วยสสารเสื่อม และจึงไม่พองตัวเมื่อความร้อนเพิ่มในขณะที่ไฮโดรเจนที่ถูกดูดมาถูกบีบอัดบนพื้นผิวของดาว การที่ต้องพึ่งแรงอัดและอุณหภุมิในอัตราความเร็วไฮโดรเจนฟิวชั่นหมายความว่าเมื่อมีการบีบอัดและความร้อนที่พื้นผิวดาวแคระขาวกับอุณหภูมิประมาณ 20 ล้านเคลวินว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นเกิดขึ้น และอุณหภูมินี้สามารถถูกเผาไหม้ผ่านวงจรซีเอ็นโอ ที่ใจกลางของทางช้างเผือกมีลักษณะคล้ายดุมกังหันขนาดใหญ่ ซึ่งเชื่อว่าเป็นที่ตั้งของหลุมดำมวลยวดยิ่ง รอบ ๆ ดุมกังหันเป็นแขนก้นหอยชั้นต้นมี 4 ปลายหมุนอยู่รอบ ๆ แกน เป็นย่านที่มีการเกิดใหม่ของดาวฤกษ์ดำเนินอยู่ มีดาวฤกษ์แบบดารากร 1 ที่อายุเยาว์อยู่ในย่านนี้เป็นจำนวนมาก ส่วนจานของก้นหอยประกอบด้วยทรงกลมฮาโล อันประกอบด้วยดาวฤกษ์แบบดารากร 2 ที่มีอายุมากกว่า ทั้งยังเป็นที่ตั้งของกลุ่มดาวฤกษ์หนาแน่นที่เรียกกันว่า กระจุกดาวทรงกลม ในทางกายภาพแล้ว ดาวแคระขาวที่มีการอัตราหมุนรอบตัวเองต่ำ จะมีมวลจำกัดที่ต่ำกว่าขีดจำกัดจันทรสิกขา คือ ประมาณ 1.38 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ นี่คือขีดจำกัดมวลมากที่สุดซึ่งแรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอนยังสามารถรองรับได้ หากพ้นจากขีดจำกัดมวลนี้ ดาวแคระขาวจะเริ่มยุบตัว ถ้าดาวแคระขาวเริ่มสะสมมวลจากดาวคู่ของมัน เชื่อกันว่าแกนกลางจะมีอุณหภูมิสูงจนสามารถเริ่มการฟิวชั่นคาร์บอนได้เมื่อถึงขีดจำกัด ถ้าดาวแคระขาวรวมตัวเข้ากับดาวฤกษ์อื่น (เป็นเหตุการณ์ที่พบน้อยมาก) มันก็จะมีมวลสูงกว่าขีดจำกัดและเริ่มยุบตัวลง ซึ่งก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนเกินขีดจำกัดการจุดระเบิดของนิวเคลียร์ฟิวชั่นเช่นเดียวกัน ภายในเวลาไม่กี่วินาทีหลังจากเริ่มกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่น เศษสสารของดาวแคระขาวจะทำปฏิกิริยาภาวะความร้อนเฉียบพลัน ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานออกมามากพอ (1–2 × 10 จูล) ในการทำให้ดาวระเบิดออกกลายเป็นมหานวดาราได้ ดาวแคระขาวจะมีความเสถียรในรูปแบบหนึ่งและจะยังคงเป็นเช่นนั้นต่อไปในการเย็นตัวซึ่งส่วนใหญ่ไม่แน่ชัด ในที่สุดจะกลายเป็นดาวแคระขาวสีดำเรียกว่าดาวแคระดำ สมมติว่าเอกภพขยายตัวต่อไปเรื่อย ๆ ก็จะถูกพิจารณาว่าใน 10 ถึง 10 กาแล็กซีจะค่อย ๆ หายไปในขณะที่ดาวออกไปสู่ที่ว่างระหว่างกาแล็กซี โดยทั่วไปดาวแคระขาวก็จะรอด ถึงแม้ว่าการชนกันของดาวแคระขาวจะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือดาวแคระขาวที่มีมวลมากกว่าขีดจำกัดจันทรสิกขาก็จะระเบิดเป็นซูเปอร์โนวาชนิด Ia ช่วงชีวิตของดาวแคระขาวจะพิจารณาจากอายุขัยของโปรตอนเป็นที่รู้กันว่าน้อยกว่า 10 ปี บางทฤษฎี simple grand unified ก็ทำนายว่าอายุขัยของโปรตอนไม่มากไปกว่า 10 ปี ถ้าทฤษฎีนี้ใช้ไม่ได้ โปรตอนจะสลายตัวด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือกระบวนการ quantum gravitational ซึ่งเกี่ยวข้องกับ virtual black hole ในกรณีนี้อายุขัยของมันก็จะประมาณว่าไม่มากไปกว่า 10 ปี ถ้าโปรตอนสลายตัว มวลของดาวแคระขาวก็จะลดลงอย่างช้า ๆ กระทั่งมวลของมันส่วนใหญ่กลายเป็นก้อนสสาร nondegenerate และก็จะหายไปในที่สุด ระนาบทางช้างเผือก มีแนวโน้มเอียงประมาณ 60 องศาไปสุริยวิถี (ระนาบของวงโคจรของโลก) เมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตร ที่ผ่านเท่าทิศเหนือของกลุ่มดาวค้างคาว และเท่าทิศใต้ของกลุ่มดาวกางเขนใต้ แสดงให้เห็นความโน้มเอียงสูงของระนาบเส้นศูนย์สูตรของโลกและระนาบสัมพันธ์สุริยวิถีกับระนาบทางช้างเผือก ขั้วโลกเหนือทางช้างเผือกที่ตั้งอยู่ที่ขวาขึ้น 12 49 ลดลง +27.4° (B1950) อยู่ใกล้กับ Beta Comae Berenices และขั้วโลกทางช้างเผือกทิศใต้ที่อยู่ใกล้กับดาวอัลฟา ช่างแกะสลัก เนื่องจากการแนวโน้มเอียงสูง ขึ้นอยู่กับเวลากลางคืนและปี ส่วนโค้งของทางช้างเผือกจะปรากฏค่อนข้างต่ำหรือค่อนข้างสูงในท้องฟ้า สำหรับผู้สังเกตการณ์จากประมาณ 65 องศาเหนือถึง 65 องศาใต้บนพื้นผิวโลกทางช้างเผือกผ่านโดยตรงข้างบนวันละสองครั้ง ดาราจักรทางช้างเผือกมีดาราจักรแคระโคจรอยู่รอบๆ จำนวน 14 ดาราจักร จากการค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ทำให้นักดาราศาสตร์เชื่อว่า กระจุกดาวทรงกลมที่ใหญ่ที่สุดในทางช้างเผือก คือ โอเมกาคนครึ่งม้า ที่จริงเป็นแกนกลางของดาราจักรแคระแห่งหนึ่งที่มีหลุมดำอยู่ที่ใจกลาง (ดูรายละเอียดเพิ่มที่ ทางช้างเผือก) ดาราจักรแคระช่างแกะสลัก () เป็นดาราจักรทรงกลมแคระซึ่งเป็นดาราจักรบริวารของดาราจักรทางช้างเผือก ตั้งอยู่ในกลุ่มดาวช่างแกะสลัก ค้นพบโดยฮาร์โลว์ แชปลีย์ใน ค.ศ. 1937 โดยใช้ตัวหักเห Bruce ขนาด 24 นิ้วที่หอดูดาวบอยเดน ดาราจักรนี้ห่างจากระบบสุริยะประมาณ 290,000 ปีแสง มีคาร์บอนและธาตุหนักเพียงร้อยละ 4 ของที่มีในทางช้างเผือก ทำให้ใกล้เคียงกับดาราจักรดั้งเดิมที่เห็นได้จากขอบของจักรวาล ครั้งแรกที่ทำการบันทึกการเกิดมหานวดารา คือ SN 185 ค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีน ในปี ค.ศ.185 มหานวดาราที่สว่างที่สุดเท่าที่เคยบันทึกคือ SN 1006 อธิบายรายละเอียดโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีนและอาหรับ มหานวดาราที่สังเกตง่ายอีกอันหนึ่งคือ SN 1054 หรือ เนบิวลารูปปู มหานวดาราที่ค้นพบทีหลังด้วยสายตาคือ SN 1572 และ SN 1604 ซึ่งอยู่ในดาราจักรทางช้างเผือก ถูกบันทึกว่ามีผลกระทบต่อการพัฒนาทางดาราศาสตร์ ในยุโรป เพราะพวกเขาใช้เป็นข้อถกเถียงกับความคิดของอริสโตเติล ที่กล่าวว่า “จักรวาลที่อยู่นอกเหนือจากดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ไม่มีอยู่จริง”