Dzięki danym zebranym za pomocą należącej do ESA sondy Gaia, brytyjscy naukowcy dostarczyli pierwszego bezpośredniego dowodu na to, że białe karły, martwe pozostałości gwiazd o podobnych rozmiarach, co nasze Słońce, zamieniają się w ogromne kryształy. Ustalenia badaczy mogą zmienić sposób, w jaki obliczamy wiek niektórych z najstarszych obiektów we Wszechświecie.
Większość gwiazd wchodzących w ostatni rozdział swojego życia ma skłonność do kurczenia się, pomniejszania i powoli zmienia kolor. Astronomowie określają te zimne, gęste obiekty, które kiedyś były potężnymi gwiazdami, mianem białych karłów.
Obiekty te to pozostałości średniej wielkości gwiazd podobnych do naszego Słońca. Gdy zużyją całe swoje paliwo w jądrze i zrzucą swoje zewnętrzne warstwy, pozostające gorące jeszcze jądro zacznie się ochładzać. Proces ten może trwać miliardy lat.
Te niezwykle gęste pozostałości gwiazdy wciąż emitują promieniowanie cieplne i dlatego są widoczne dla astronomów. Szacuje się, że do 97 procent gwiazd w Drodze Mlecznej ostatecznie zamieni się w białe karły, w tym nasze Słońce. Natomiast najbardziej masywne gwiazdy będą kończyły żywot jako gwiazdy neutronowe lub czarne dziury.
Gdy proces ochładzania doprowadzi pozostałości gwiazdy do określonej temperatury, pierwotnie gorąca, płynna substancja wewnątrz jądra gwiazdy zacznie się krystalizować i w rezultacie stanie się twardą bryłą. Naukowcy porównali ten proces do ciekłej wody zamieniającej się w lód. Z tym że temperatura krzepnięcia jądra w białych karłach jest niezwykle wysoka i ma około 10 milionów stopni Celsjusza.
Wyniki badań brytyjskich naukowców ukazały się na łamach pisma „Nature”.
Proces zestalania lub krystalizacji materiału wewnątrz białych karłów został przewidziany 50 lat temu, ale dopiero możliwości sondy Gaia pozwoliły astronomom zaobserwować wystarczająco dużo tych obiektów z taką dokładnością, aby zobaczyć wzór ujawniający cały ten proces.
- Wcześniej mogliśmy obserwować tylko kilkaset białych karłów. Wiele z nich było w klastrach, w których wszystkie obiekty mają podobny wiek – przyznał Pier-Emmanuel Tremblay z University of Warwick, główny autor publikacji. - Dzięki obserwatorium Gaia mamy możliwość obserwacji na znacznie większą odległość. Widzimy dokładnie setki tysięcy białych karłów w różnych stadiach rozwoju – dodał.
W badaniach astronomowie przeanalizowali ponad 15 000 obiektów sklasyfikowanych, jako białe karły. Wszystkie w odległości do 300 lat świetlnych od Ziemi. W danych z obserwatorium krystalizujące się białe karły były wyraźnie widoczne, jako dość odrębna grupa.
- Wszystkie białe karły krystalizują się w pewnym momencie ich ewolucji, chociaż te bardziej masywne przechodzą proces wcześniej. Oznacza to, że miliardy białych karłów w naszej galaktyce już ukończyło ten proces i są w istocie kryształowymi sferami na niebie – wyjaśnił Tremblay.
Potwierdzenie tego modelu ma pewne znaczące implikacje dla określania wieku niektórych z najczęstszych obiektów w Drodze Mlecznej. Ciepło uwolnione podczas procesu krystalizacji wydaje się spowalniać ewolucję białych karłów, co powoduje, że wyglądają one na znacznie młodsze niż są w rzeczywistości.
- Białe karły są tradycyjnie używane do ustalania wieku populacji gwiazdowych, takich jak chociażby gromady gwiazd czy galaktyczne halo - wyjaśnił Tremblay. - Będziemy teraz musieli opracować lepsze modele krystalizacji, aby uzyskać dokładniejsze szacunki dotyczące wieku tych systemów – dodał.
Badacz zaznaczył również, że nie wszystkie białe karły krystalizują w tym samym tempie. Masywniejsze gwiazdy stygną szybciej i osiągną temperaturę, w której następuje krystalizacja w ciągu około miliarda lat. Białe karły o niższych masach, takich jak choćby nasze Słońce, ochładzają się wolniej, co wymaga około sześciu miliardów lat, aby zamienić się w ogromne, krystaliczne struktury.
Nasze Słońce wciąż ma przed sobą około pięć miliardów lat, zanim stanie się białym karłem. Astronomowie szacują, że minie kolejne pięć miliardów lat, zanim ostatecznie ostygnie i stanie się kryształową kulą.
Źródło: ESA, fot. University of Warwick/Mark Garlick
