Dane z sondy kosmicznej Gaia ESA pokazały po raz pierwszy, jak białe karły, martwe pozostałości gwiazd, takich jak nasze Słońce, zamieniają się w stałe kule po ochłodzeniu się gorącego gazu w nich.
Ten proces krzepnięcia lub krystalizacji materii wewnątrz białych karłów został przewidziany 50 lat temu, ale astronomowie nie byli w stanie zaobserwować wystarczającej liczby tych obiektów, aby zobaczyć próbkę, która ujawnia ten proces.
„Kiedyś mieliśmy tylko kilkaset białych karłów, a wiele z nich było w skupiskach mniej więcej w tym samym wieku” - mówi Pierre-Emmanuel Tremblay z University of Warwick w Wielkiej Brytanii, główny autor artykułu opisującego wyniki.
Z pomocą Gai otrzymaliśmy więcej informacji. Otrzymano wiele danych z różnych obiektów o różnych odległościach, jasności i kolorze. Są to setki tysięcy białych karłów na zewnętrznym dysku Drogi Mlecznej, o różnej masie i różnym wieku.
To właśnie w dokładnym szacowaniu odległości do tych gwiazd Gaia dokonuje przełomu, umożliwiając astronomom zmierzenie ich prawdziwej jasności z niespotykaną dotąd precyzją.
(Główne zdjęcie przedstawia białego karła, martwą pozostałość gwiazdy takiej jak nasze Słońce, ze skrystalizowanym stałym rdzeniem.)
Białe karły to pozostałości gwiazd średniej wielkości, podobnych do naszego Słońca. Po tym, jak te gwiazdy wypaliły całe paliwo jądrowe w ich jądrze, uwolniły swoje zewnętrzne warstwy, pozostawiając gorące jądro, które zaczyna się ochładzać.
Te bardzo gęste pozostałości nadal emitują promieniowanie cieplne podczas ochładzania się i są widoczne dla astronomów jako raczej słabe obiekty. Szacuje się, że do 97% gwiazd Drogi Mlecznej ostatecznie zamieni się w białe karły, podczas gdy najbardziej masywne okażą się gwiazdami neutronowymi lub czarnymi dziurami.
Film promocyjny:
Chłodzenie białych karłów trwa miliardy lat. Gdy osiągną określoną temperaturę, początkowo gorąca materia wewnątrz rdzenia gwiazdy zaczyna się krystalizować, stając się stałą. Proces jest podobny do przemiany ciekłej wody w lód na Ziemi w zerowych temperaturach, z tym że temperatura, w której następuje krzepnięcie białych karłów, jest niezwykle wysoka -
około 10 milionów stopni Celsjusza.
W tym badaniu astronomowie przeanalizowali ponad 15 000 kandydatów na pozostałości gwiazd znajdujące się 300 lat świetlnych od Ziemi. Gaia była w stanie zobaczyć te krystalizujące się białe karły jako odrębną grupę.
„Widzieliśmy dużą liczbę białych karłów o różnych kolorach i odcieniach, które nie były ze sobą powiązane pod względem ewolucji” - mówi Pierre-Emmanuel.
„Zdaliśmy sobie sprawę, że nie jest to oddzielna populacja białych karłów, ale efekt chłodzenia i krystalizacji, który przewidywany był 50 lat temu."
Wydaje się, że ciepło wytwarzane podczas tego procesu krystalizacji, który trwa kilka miliardów lat, spowalnia ewolucję białych karłów.
„Białe karły były tradycyjnie używane do datowania wieku populacji gwiazd, takich jak gromady gwiazd” - wyjaśnia Pierre-Emmanuel.
„Musimy teraz opracować lepsze modele krystalizacji, aby uzyskać dokładniejsze szacunki wieku tych systemów."
Nie wszystkie białe karły krystalizują w tym samym tempie. Bardziej masywne gwiazdy chłodzą się szybciej i osiągają temperatury, w których za około miliard lat zachodzi krystalizacja. Białe karły o mniejszej masie, bliżej oczekiwanego końcowego stadium Słońca, ochładzają się wolniej, a przekształcenie się w martwe, solidne kule zajmuje do sześciu miliardów lat.
Słońce wciąż ma około pięciu miliardów lat, zanim stanie się białym karłem, a astronomowie szacują, że po tym czasie minie kolejne pięć miliardów lat, zanim w końcu ostygnie do krystalicznej kuli.
„Wynik ten podkreśla wszechstronność Gaia i jej wielu zastosowań” - mówi Timo Prusti, naukowiec projektu Gaia w ESA.
