Około pięćdziesiąt lat temu astronomowie przewidzieli ostateczny los naszego Słońca. Zgodnie z teorią Słońce wyczerpie swoje paliwo wodorowe za miliardy lat i rozszerzy się, by stać się Czerwonym Olbrzymem, po czym zrzuci swoje zewnętrzne warstwy i stanie się białym karłem. Po kilku miliardach lat chłodzenia wnętrze krystalizuje się i zestala.
Do niedawna astronomowie mieli niewiele dowodów na poparcie tej teorii. Ale dzięki ESA Obserwatorium Gaiaastronomowie mogą teraz obserwować setki tysięcy białych karłów z ogromną precyzją - mierząc ich odległość, jasność i kolor. To z kolei pozwoliło im zbadać, co przyniesie przyszłość naszemu Słońcu, gdy nie jest już ciepłą, żółtą gwiazdą, którą znamy i kochamy dzisiaj.
Badanie, które opisuje te odkrycia, pojawiło się niedawno w czasopiśmie Natura pod tytułem „Krystalizacja rdzenia i gromadzenie się w sekwencji chłodzenia ewoluujących białych karłów”. Badanie było prowadzone przez Pier-Emmanuela Tremblay'a, adiunkta na University of Warwick, i obejmowało wielu badaczy z grupy Astronomy and Astrophysics w Warwick, Université de Montréal i University of North Carolina.
Jeśli chodzi o ewolucję gwiazd, dziesięciolecia obserwacji w połączeniu z modelami teoretycznymi pozwoliły astronomom stwierdzić, co stanie się z gwiazdą na podstawie jej klasyfikacji. Podczas gdy większe gwiazdy (jak niebieskie supergiganty) ostatecznie przechodzą w supernową i stają się gwiazdami neutronowymi lub czarnymi dziurami, mniejsze gwiazdy, takie jak nasze Słońce, zrzucą swoje zewnętrzne warstwy, by stać się mgławicami planetarnymi, i ostatecznie zakończą swój cykl życia jako biały karzeł.
Te bardzo gęste gwiazdy nadal emitują promieniowanie w miarę stygnięcia, proces ten trwa miliardy lat. W końcu ich wnętrza będą wystarczająco chłodne - około 10 milionów ° C (50 milionów ° F) - że ekstremalne ciśnienie wywierane na ich rdzenie spowoduje krystalizację materiału i zestalenie. Szacuje się, że taki los spotka aż 97% gwiazd Drogi Mlecznej, a reszta stanie się gwiazdami neutronowymi lub czarnymi dziurami.
Ponieważ białe karły należą do najstarszych gwiazd we wszechświecie, są niezwykle przydatne dla astronomów. Ponieważ ich cykl życia jest przewidywalny, są one używane jako „zegary kosmiczne” do oszacowania wieku grup sąsiednich gwiazd z dużą dokładnością. Jednak ustalenie, co stanie się z białymi karłami pod koniec ich cyklu życia, stanowi wyzwanie.
Wcześniej astronomowie mieli ograniczoną liczbę białych karłów, których mogli badać. Wszystko to zmieniło się wraz z wdrożeniem Gaia, obserwatorium kosmiczne, które przez ostatnie kilka lat precyzyjnie mierzyło pozycje, odległości i ruchy gwiazd w celu stworzenia najbardziej szczegółowego katalogu przestrzeni kosmicznej, jaki kiedykolwiek powstał.
Jak zauważył Pier-Emmanuel Tremblay, stypendysta początkowy ERC * w najnowszym komunikacie prasowym ESA:
„Wcześniej mieliśmy odległości tylko dla kilkuset białych karłów, a wiele z nich było w gromadach, gdzie wszyscy byli w tym samym wieku. Dzięki Gaia mamy teraz odległość, jasność i kolor setek tysięcy białych karłów, aby uzyskać sporą próbkę w zewnętrznym dysku Drogi Mlecznej, obejmującym zakres mas początkowych i wszystkich grup wiekowych. ”
Do swoich badań astronomowie wykorzystali dane Gai do analizy ponad 15 000 kandydatów na resztki gwiazd w odległości 300 lat świetlnych od Ziemi. Na podstawie tej próbki udało im się zidentyfikować nadwyżkę liczby gwiazd (inaczej pala), które miały określone kolory i jasność, które nie odpowiadały żadnej pojedynczej masie ani wiekowi.
Ten stos, kiedyś porównany z ewolucyjnymi modelami gwiazd, wydawał się pokrywać z fazą rozwojową, w której gwiazdy tracą ciepło w dużych ilościach. Proces ten spowalnia naturalny proces chłodzenia i powoduje, że martwe gwiazdy przestają ściemniać, co sprawia, że wydają się nawet o 2 miliardy lat młodsze niż są w rzeczywistości. 0
„To pierwszy bezpośredni dowód na to, że białe karły krystalizują się lub przechodzą z cieczy w ciało stałe” - wyjaśnił Tremblay w oświadczeniu prasowym Warwick. „Przewidywano pięćdziesiąt lat temu, że powinniśmy obserwować wzrost liczby białych karłów przy pewnych jasnościach i kolorach z powodu krystalizacji i dopiero teraz to zaobserwowano”.
Ten wzór, w którym jasność nie ma związku z wiekiem, był jednym z kluczowych przewidywań dotyczących krystalizacji białych karłów 50 lat temu. Teraz, gdy astronomowie mają bezpośredni dowód na ten proces w pracy, prawdopodobnie wpłynie to na nasze zrozumienie, w jakie grupy gwiezdne powinny wchodzić białe karły.
„Białe karły są tradycyjnie używane do datowania wiekowego populacji gwiazd, takich jak gromady gwiazd, dysk zewnętrzny i halo w naszej Drodze Mlecznej”, powiedział Tremblay. „Będziemy musieli opracować lepsze modele krystalizacji, aby uzyskać dokładniejsze oszacowania wieku tych systemów”.
Na przykład, podczas gdy wszystkie białe karły będą krystalizować w pewnym momencie ich ewolucji, czas potrzebny jest różny w zależności od gwiazdy. Bardziej masywne białe karły ochładzają się szybciej i osiągają temperaturę, w której krystalizacja zachodzi wcześniej (za około miliard lat). Mniejsze białe karły, którymi stanie się nasze Słońce, mogą potrzebować nawet sześciu miliardów lat, aby dokonać tego samego przejścia.
„Oznacza to, że miliardy białych karłów w naszej galaktyce zakończyły już ten proces i są w zasadzie kryształowymi kulami na niebie” - powiedział Tremblay. Tymczasem można oczekiwać, że nasze Słońce przejdzie tę transformację za około dziesięć miliardów lat. W tym momencie nasze Słońce opuści fazę Czerwonej Gałęzi Olbrzyma, stanie się białym karłem i rozpocznie proces krystalizacji.
To tylko najnowsza rewelacja pochodząca z Gaia misja, która przez ostatnie pięć lat katalogowała obiekty niebieskie w Drodze Mlecznej i sąsiednich galaktykach. Przed zakończeniem misji (spodziewana jest do 2022 r.) Planowane są dwie kolejne wersje danych, z wersją DR3 zaplanowaną na 2021 r., A ostateczna wersja jest wciąż do ustalenia.
* Badania były możliwe dzięki finansowaniu z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC).
