Преди около петдесет години астрономите предсказаха каква ще бъде крайната съдба на нашето Слънце. Според теорията Слънцето ще изчерпи милиардите си години водородно гориво и ще се разшири, за да се превърне в Червен гигант, последвано от него, което ще хвърли външните му слоеве и ще стане бяло джудже. След още няколко милиарда години охлаждане, интериорът ще кристализира и ще стане солиден.
Доскоро астрономите имаха малко доказателства в подкрепа на тази теория. Но благодарение на ESA Обсерватория Гая, астрономите вече са в състояние да наблюдават стотици хиляди бели звезди джуджета с огромна прецизност - измерване на тяхното разстояние, яркост и цвят. Това от своя страна им позволи да изучат какво има бъдещето за нашето Слънце, когато то вече не е топлата, жълта звезда, която познаваме и обичаме днес.
Проучването, което описва тези открития, се появи наскоро в списанието природа под заглавието „Основна кристализация и натрупване в охлаждащата последователност на развиващите се бели джуджета“. Изследването беше ръководено от Пиер-Емануел Тремблей, асистент в Университета на Уоруик и включваше множество изследователи от групата за астрономия и астрофизика на Уоруик, Университета Монреал и Университета в Северна Каролина.
Когато става дума за звездна еволюция, десетилетия наблюдения, съчетани с теоретични модели, позволиха на астрономите да направят заключение какво ще се случи със звезда въз основа на нейната класификация. Докато по-големите звезди (като сините супер-гиганти) в крайна сметка преминават в свръхнови и стават неутронни звезди или черни дупки, по-малките звезди като нашето Слънце ще хвърлят външните си слоеве, за да станат планетарни мъглявини, и в крайна сметка ще завършат жизнения си цикъл като бяло джудже.
Тези ултра-плътни звезди продължават да излъчват радиация, докато изстинат, процес, който продължава милиарди години. В крайна сметка интериорът им ще бъде достатъчно хладен - около 10 милиона ° C (50 милиона ° F) - че екстремното налягане, упражнявано върху техните ядра, ще накара материала там да кристализира и да стане твърд. Смята се, че това ще бъде съдбата на до 97% от звездите в Млечния път, докато останалите ще станат неутронни звезди или черни дупки.
Тъй като белите джуджета са сред най-старите звезди във Вселената, те са невероятно полезни за астрономите. Тъй като техният жизнен цикъл е предвидим, те се използват като „космически часовници“ за оценка на възрастта на групи от съседни звезди с висока степен на точност. Но да се определи какво се случва с белите джуджета към края на жизнения им цикъл е предизвикателство.
Преди това астрономите са били ограничени, когато става дума за броя на белите джуджета, които могат да изучават. Всичко това се промени с внедряването на Gaia, космическа обсерватория, която прекара последните няколко години, прецизно измервайки позициите, разстоянията и движенията на звездите, за да създаде най-подробния 3D космически каталог, правен някога.
Както Пиер-Емануел Тремблей, ERC * Starting Grant стипендиант, посочи в неотдавнашното съобщение на ESA:
„Преди имахме разстояния само за няколко стотици бели джуджета и много от тях бяха на клъстери, където всички имат еднаква възраст. С Gaia сега имаме разстоянието, яркостта и цвета на стотици хиляди бели джуджета за значителна проба във външния диск на Млечния път, обхващащ редица първоначални маси и всякакви възрасти. "
За своето проучване астрономите са използвали данните от Gaia, за да анализират повече от 15 000 звездни остатъчни кандидати в рамките на 300 светлинни години от Земята. От тази извадка те успяха да идентифицират излишък в броя звезди (известен още като купчина), който имаше специфични цветове и светимости, които не съответстваха на нито една маса или възраст.
Този куп, веднъж сравнен с еволюционните модели на звезди, изглежда съвпада със стадия на развитие, където звездите губят топлина в големи количества. Този процес забавя естествения процес на охлаждане и кара мъртвите звезди да спрат да помрачават, което ги кара да изглеждат до 2 милиарда години по-млади, отколкото всъщност са.0
"Това е първото пряко доказателство, че белите джуджета кристализират или преминават от течни към твърди", обясни Тремблей в изявление на Warwick. "Преди петдесет години беше прогнозирано, че трябва да наблюдаваме натрупване на броя на белите джуджета при определени светимости и цветове поради кристализация и едва сега това се наблюдава."
Този модел, при който светимостта не е свързана с възрастта, беше едно от основните прогнози, направени за кристализирането на бели джуджета преди 50 години. Сега, когато астрономите имат директни доказателства за този процес на работа, вероятно ще повлияе на нашето разбиране за това в какви звездни групировки трябва да се включват белите джуджета.
„Белите джуджета традиционно се използват за възрастови датировки на звездни популации, като струпвания на звезди, външния диск и ореола в нашия Млечен път“, каза Тремблей. „Сега ще трябва да разработим по-добри модели на кристализация, за да получим по-точни оценки за възрастта на тези системи.“
Например, докато всички бели джуджета ще кристализират в някакъв момент от своята еволюция, времето, което отнема, варира в зависимост от звездата. По-масивните бели джуджета се охлаждат по-бързо и достигат температурата, при която кристализацията става по-рано (за около един милиард години). По-малките бели джуджета, каквито ще стане нашето Слънце, може да изискват толкова шест милиарда години, за да направят същия преход.
„Това означава, че милиарди бели джуджета в нашата галактика вече са завършили процеса и по същество са кристални сфери в небето“, казва Тремблей. Междувременно може да се очаква, че нашето Слънце ще претърпи този преход след още десет милиарда години. В този момент нашето Слънце ще излезе от своята фаза на Червения гигантски клон, ще се превърне в бяло джудже и ще започне процеса на кристализация.
Това е само последното откровение, което идва от Gaia мисия, която прекара последните пет години в каталогизиране на небесни обекти в Млечния път и съседните галактики. Преди приключването на мисията (очаквано да се случи до 2022 г.) са предвидени още две издания на данни, като версията на DR3 е планирана за 2021 г., а окончателното издание все още предстои да бъде определено.
* Изследването стана възможно благодарение на финансирането от Европейския съвет за научни изследвания (ERC).
