В конце своей длительной эволюции звезды меньших размеров - в восемь раз массивнее нашего Солнца - обычно становятся белыми карликами.
Эти древние звезды обладают невероятной плотностью. Чайная ложка их вещества весила бы на Земле столько же, сколько слон - 5,5 т. Радиус белых карликов обычно всего в 0,01 раза больше радиуса нашего Солнца, но их масса примерно такая же.
Звезды, подобные нашему Солнцу, перерабатывают водород в своих ядрах в гелий. Белые карлики - это звезды, в которых сгорел весь водород, использовавшийся когда-то в качестве ядерного топлива.
При термоядерном синтезе в ядре звезды выделяется тепло и возникает внешнее давление, но оно поддерживается в равновесии гравитационным давлением, создаваемым массой звезды. Когда водород, использовавшийся в качестве топлива, исчезает и термоядерный синтез замедляется, под действием гравитации звезда начинает разрушаться.
По мере конденсации и уплотнения звезды она еще больше нагревается, сжигая последние остатки водорода и вызывая расширение внешних слоев звезды наружу. На этом этапе звезда превращается в большой красный гигант.
Поскольку красный гигант очень велик, его тепло распространяется, и температура поверхности преимущественно холодная, но ядро остается раскаленным. Красные гиганты существуют недолго - возможно, всего миллиард лет, по сравнению с теми десятью миллиардами, которые эта звезда, возможно, уже провела, сжигая водород, как наше Солнце.
Красные гиганты достаточно горячи, чтобы превратить гелий в их ядре, образовавшийся в результате слияния водорода, в тяжелые элементы, такие как углерод. Однако большинство звезд недостаточно массивны, чтобы создать давление и тепло, необходимые для сжигания тяжелых элементов, поэтому термоядерный синтез и выделение тепла прекращаются.
Такие звезды со временем сдувают материал своих внешних слоев, в результате чего образуется расширяющаяся газовая оболочка, называемая планетарной туманностью. Внутри этой туманности остается горячее ядро звезды, которое под действием гравитации сжимается до высокой плотности и превращается в белый карлик с температурой более 180 000 градусов по Фаренгейту (100 000 градусов по Цельсию).
Со временем - через десятки и даже сотни миллиардов лет - белый карлик остывает и превращается в черный карлик, не излучающий никакой энергии. Поскольку возраст самых старых звезд Вселенной составляет всего 10-20 млрд. лет, черных карликов пока не обнаружено.
Оценка продолжительности охлаждения белых карликов поможет астрономам многое узнать о возрасте Вселенной.
Но не все белые карлики будут остывать в течение многих тысячелетий. Те из них, которые находятся в бинарной звездной системе, могут иметь достаточно сильное гравитационное притяжение, чтобы собрать материал с соседней звезды. Когда белый карлик набирает таким образом достаточную массу, он достигает уровня, называемого пределом Чандрасекхара. В этот момент давление в его центре становится настолько большим, что происходит беглый термоядерный синтез, и звезда взрывается в термоядерной сверхновой.
