Белые карлики - компактные звездообразные остатки эволюции маломассивных звезд. Для этих объектов характерны массы, сравнимые с массой Солнца (2*10³⁰ кг); радиусы, сравнимые с радиусом Земли (6400 км) и плотности порядка 10⁶ г/см³. Название "белые карлики" связано с малыми размерами (по-сравнению с типичными размерами звезд) и белым цветом первых открытых объектов данного типа, определяемым их высокой температурой.

Белые карлики вместе с нейтронными звездами и черными дырами звездных масс относятся к так называемым компактным объектам. Все они являются остатками эволюции звезд различных масс, но сами не являются звездами в строгом смысле этого слова, т.к. в их недрах не идут термоядерные реакции. Для описания природы всех этих объектов требуется "физика 20 века": квантовая механика и/или теория относительности. Однако, если нейтронные звезды и черные дыры были предсказаны до своего открытия, то белые карлики были открыты в 19 веке и оставались необъясненными до начала 30-х годов 20 века, когда были созданыл основные квантовомеханические законы.

Первый белый карлик был открыт "на кончике пера" в 1844 г. Фридрихом Бесселем при изучении ярчайшей звезды ночного неба - Сириуса. Оказалось, что если начертить кривую движения Сириуса, то звезда будет периодически смещаться от своего среднего положения. Это легко объяснить, если предположить, что Сириус (будем называть его теперь Сириус А) входит в двойную систему. Т.е. существует звезда-соседка, называемая Сириус В, и два светила вращаются вокруг общего центра масс. Слабую звездочку Сириус В впервые непосредственно увидел в телескоп А. Кларк в 1862 г.

Двойных звезд довольно много: около половины всех звезд Галактики входят в число двойных систем. Поэтому в самом факте двойственности нет ничего удивительного. Удивительной оказалась звезда-соседка. При массе, сравнимой с солнечной, и достаточно высокой температуре (горячие звезды имеют белый цвет) Сириус В оказалась очень слабой звездочкой. Это означает, что ее размеры очень малы, а следовательно велика плотность. Если подставить типичные для белых карликов значения (масса порядка 10³⁰ кг и размер порядка нескольких тысяч километров), то получится плотность порядка 10⁶ г/см³. Это несравненно выше плотности окружающего нас вещества. Самый плотный металл на Земле имеет плотность менее 30 г/см³. Плотность вещества в центре Солнца около 100 г/см³. Можно было ожидать, что свойства сверхплотного вещества окажутся необычными.

Вещество белых карликов действительно обладает интересными свойствами, ученые называют его вырожденным газом. Если частицы вещества (в данном случае наиболее важны электроны) расположены чрезвычайно близко друг к другу, то их взаимное квантовомеханическое влияние начинает определять свойства вещества, а значит и звезды вцелом. В частности, сила гравитации, стремящаяся сжать звезду, уравновешивается давлением вырожденного газа.

В маленькую область пространства (ее размер определяется законами квантовой механики: длиной волны де Бройля рассматриваемых частиц) нельзя поместить более двух частиц с полуцелым спином, например электронов. Это проявляется в строении атомных орбиталей и определяет химические свойства элементов. Путем сжатия вещества можно достичь плотностей, когда расстояние между электронами становится порядка волны де Бройля для этих частиц, т.е. плотностей достаточных для проявления квантовых свойств вещества. В ходе эволюции звезд в их недрах создаются условия необходимые для образования вырожденного газа электронов.

Белые карлики образуются на финальных стадиях эволюции маломассивных звезд (масса менее 8-10 масс Солнца) после исчерпания топлива для термоядерных реакций (см. рис. 1). Благодаря тому что количество звезд в Галактике возрастает с уменьшением массы звезд, белые карлики достаточно распространены. Они составляют до 10% всех звезд Галактики. Наше Солнце через несколько миллиардов лет после исчерпания водорода в ядре также превратится в белый карлик.

Эволюция одиночного белого карлика сводится к его постепенному охлаждению за счет излучения (см. рис.2). При уменьшении температуры будет меняться и цвет от белого к красному. Поэтому старые белые карлики уже не являются собственно белыми. Название всего класса объектов связано лишь с цветом первых открытых звезд этого типа (Сириус В, 40 Эридана В).

Если же белый карлик входит в состав тесной двойной системы, где возможен перенос вещества на белый карлик со звезды-соседки, то возможно появление ряда любопытных объектов. Особый интерес представляют т.н. новые звезды, которые получили свое название благодаря резкому увеличению блеска, связанному с термоядерным взрывом вещества, перетекшего со звезды-соседки на поверхность белого карлика.

При накоплении достаточно большого количества вещества, когда масса превосходит критическую (Чандрасекхаровский предел, названный по имени индийского астрофизика Субраманьяна Чандрасекхара, исследовавшего свойства белых карликов) белый карлик взрывается, порождая сверхновую типа Ia. После взрыва возможен полный разлет вещества или образование нейтронной звезды.

Новорожденный белый карлик "вылупляется" из кокона. NGC 2440 - планетарная туманность, образованная умирающей звездой. Внешние части звезды сбрасываются в виде газовой туманности, а в центре остается горячий белый карлик.

Пожилые белые карлики в шаровом скоплении.
(APOD 971102, Credit: H. Richer (UBC), NASA))

На снимке центральной области шарового скопления М4, полученным Космическим телескопом им. Хаббла, кружками обведены белые карлики. Измерение температур этих объектов позволяет определить их возраст, а значит и возраст самого шарового скопления.