ჩანდრასეკარის ზღვარი

 სამყაროში, ყველაფერი იბადება, ცოცხლობს და კვდება. როგორ დაასრულებს ვარსკვლავი სიცოცხლეს, ცეცხლოვანი ანთებით თუ ნელი ჩაქრობით თეთრი ჯუჯას სახით, მის მასაზეა დამოკიდებული.

 ვარსკვლავის მთელი ცხოვრება ცენტრისკენ მიმართული გრავიტაციული ძალის წინააღმდეგ ბრძოლაა. პირდაპირ ახლა, მზის ბირთვში თერმობირთვული რეაქცია მიმდინარეობს, რომლის შედეგადაც გამოყოფილი ენერგია მზის შემადგენელ ნივთიერებებს ისეთ ტემპერატურამდე აცხელებს, რომ ეს ნივთიერებები იდეალური გაზის თვისებებს იძენს. იდეალური გაზის მდგომარეობის კანონის მიხედვით, უცვლელი მოცულობის დროს ტემპერატურის ზრდა წნევის პროპორციულად ზრდას იწვევს, ეს უკანასკნელი კი მნათობის გარე ფენებს აკავებს და  გრავიტაციული კოლაფსისგან (სწრაფი ვარდნა ვარსკვლავის ცენტრისკენ) იცავს მას.

 დადგება დრო (დახლოებით 5 მლრდ. წლის მერე), როცა მზის ბირთვში თერმობირთვული საწვავის მარაგი ამოიწურება, 10 მილიარდ წელზე მეტ ხანს გაგრძელებულ ბრძოლაში გრავიტაცია გაიმარჯვებს. მზე სწრაფ შეკუმშვას დაიწყებს, სანამ გრავიტაციული ძალა, თავდაცვის შემდეგ (დამარცხებული თერმობირთვულის მერე) საზღვარს წააწყდება, რომელზეც ამ ძალას საკადრისი წინააღმდეგობა დახვდება. მზისმაგვარი ვარსკვლავების შემთხვევაში ასეთ საზღვარს ელექტრონები ქმნიან. ელექტრონები პაულის გამორიცხვის პრინციპს ემორჩილება, რომლის მიხედვითაც, ერთ ორბიტაზე ვერ იქნება ელექტრონები, რომლებიც ერთნაირ კვანტურ მდგომარეობაშია. ეს იმას ნიშნავს, რომ ნებისმიერ ელექტრონს ”საარსებო სივრცე” სჭირდება, ამიტომ მათ ერთმანეთთან მიახლოება მხოლოდ გარკვეულ ზღვრამდე შეუძლიათ.

 მზისმაგვარი ვარსკვლავი, დედამიწის ზომამდე იკუმშება, კოლაფსს ელექტრონები აჩერებს, რომლებსაც მეტზე მიახლოება აღარ შეუძლიათ (ქვემოთ პაულის პრინციპი). ენერგიის გამომუშავება ვარსკვლავს ამ სტადიაზე უკვე აღარ შეუძლია, თუმცა გაცივებასთან ერთად, ნათებას კიდევ დიდ ხანს გააგრძელებს. ასეთ ვარსკვლავებს თეთრ ჯუჯებს უწოდებენ, ისინი ღამის ცის ხილულ ვარსკვლავთა შორის მრავლად არიან. სრული კოლაფსისაგან თეთრ ჯუჯას შიგნიდან მოქმედი ელექტრონების წნევა იცავს. ასტროფიზიკოსები ამ ელექტრონულ გაზს, დეგენერირებულ გაზს უწოდებენ (როგორ კვდებიან ვარსკვლავები).

დეგენერირებული გაზი

 ეს არის გაზი, რომლის თვისებებზეც არსებით გავლენას კვანტური მექანიკის ეფექტები  ახდენს, რაც მისი ნაწილაკების იდენტურობითაა გამოწვეული. ნაწილაკების იდენტურობის პრინციპის მიხედვით, ჩაკეტილ სისტემაში, ერთნაირი ნაწილეკებისთვის (ერთნაირი მასა, მუხტი, სპინი და ა.შ.) მხოლოდ ისეთი კვანტური მდგომარეობები რეალიზდება, რომლებიც ორი ნებისმიერი ნაწილაკების ადგილების შეცვლით არ იცვლება (პაულის გამორიცხვის პრინცი; ობიექტივით კვანტურ სამყაროში).

 დეგენერირება მაშინ ხდება, როცა ნაწილაკებს შორის მანძილი გარკვეულ ზღვარს მიაღწევს. ნაწილაკის სპინზე დამოკიდებულების მიხედვით, დეგენერირებული გაზის ორი ტიპი შეიძლება გამოიყოს: ფერმიონებისაგან (წილადი სპინით) წარმოქმნილი ფერმი-გაზი და ბოზონებისგან წარმოქმნილი ბოზე-გაზი (მთელი სპინით)(ატომი).

 ფერმი-გაზში (ელექტრონული გაზი მეტალებში), სრული დეგენერირების დროს (როცა T=0), ყველა დაბალი ენერგეტიკული დონეები გარკვეულ მაქსიმუმამდეა შევსებული, რომელსაც ფერმის დონეს უწოდებენ, ყოველი შემდეგი დონეები კი ცარიელი რჩება. ტემპერატურის მატება დონეებზე ელეტრონების ასეთ გადანაწილებას უმნიშვნელოდ ცვლის: ელექტრონების მცირე ნაწილი, ფერმის დონესთან ახლოს, ცარიელ დონეებზე გადადის მეტი ენერგიებით, რითაც ფერმის ქვმოთ მდებარე დონეებს ათავისუფლებს, რომლებიდანაც გადასვლა მოხდა (ბორის ატომი).

 ბოზონების გაზის დეგენერირებისას, ნულისაგან განსხვავებული მასის ნაწილაკებით (მაგ:. ატომები და მოლეკულები), სისტემის ნაწილაკთა ნაწილი ნულის ტოლი იმპულსის მდგომარეობაში უნდა გადავიდეს. ამ მოვლენას ბოზე-აინშტაინის კონდენსატს უწოდებენ. რაც უფრო ახლოა ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულთან, მით მეტი ნაწილაკი უნდა აღმოჩნდეს ასეთ მდგომარეობაში. თუმცა, ასეთი ნაწილაკების სისტემები ძალიან დაბალ ტემპერატურებზე მყარ ან თხევად (ჰელიუმი) მდგომარეობაში გადადის.

 ნულოვანი მასის ნაწილაკთა შემთხვევაში, რომელთაც ფოტონები მიეკუთვნება, დეგენერირების ტემპერატურა უსასრულობას უტოლდება. ამიტომ ფოტონური გაზი ყოველთვის დეგენერირებულია. ფოტონური გაზი, სტაბილური ნაწილაკების ერთად-ერთი დეგენერირებული იდეალური ბოზე-გაზია. თუმცა ბოზე-აინშტაინისეული კონდენსაცია მასში არ ხდება, რადგან ნულოვანი იმპულსის მქონე ფოტონები უბრალოდ არ არსებობს (ისინი ყოველთვის სინათლის სიჩქარით მოძარობენ).

 1930-იანი წლების დასაწყისში, ინდური წარმოშობის ამერიკელმა ფიზიკოს-თეორეტიკოსმა, სუბრაჰმანიან ჩანდრასეკარმა, მუშაობდა რა თეთრი ჯუჯების თეორიაზე, პაულის გამორიცხვის პრინციპზე დაყრდობით, მნიშვნელოვან შედეგამდე მივიდა, კერძოდ: თუ  შეკუმშული (კოლაფსირებული) ვარსკლავის მასამ გარკვეულ ზღვარს გადააჭარბა, რომელიც დაახლოებით 1,4 მზის მასას უტოლდება, გრავიტაციული ძალა დეგენერირებული გაზის წნევას გადაძლევს და კოლაფსი გაგრძელდება (ზეახალი ვარსკვლავი). სწორედ ეს M = 1,4M(M-მზის მასა) არის ჩანდრასეკარის ზღვარი.