Спостережні дані, отримані з допомогою космічного апарата Gaia («Гайя»), дали змогу вперше показати, що білі карлики, залишки померлих зір, як наше Сонце, перетворюються на тверді сфери, коли гарячий газ усередині них охолоджується.

Процес застигання або кристалізації речовини всередині білих карликів був передбачений 50 років тому, але астрономи не мали змоги спостерігати великої кількості цих об’єктів з потрібною точністю, щоб побачити картину, що розкриває цей процес.

«Раніше ми знали відстані лише для декількох сотень білих карликів, багато з яких містяться в скупченнях, тобто мають однаковий вік», — сказав П’єр-Еммануель Трембле (Pier-Emmanuel Tremblay) з Уорвікського університету (Великобританія), перший автор статті про результати нового дослідження, оприлюднену в Nature. Натомість «Гайя» дала змогу астрономам визначити точно відстані до сотень тисяч білих карликів, а, отже, й оцінити їх яскравість з безпрецедентною точністю.

Уявлення художника про деякі можливі еволюційні шляхи для зір різних початкових мас. Деякі протозорі, коричневі карлики, ніколи не стають настільки гарячими, щоб перетворитися у повноцінні зорі. Вони просто охолоджуються і зникають. Червоні карлики, найпоширеніший тип зір, продовжують існувати, поки не перетворять весь свій водень в гелій. Після чого стають білим карликом. Зорі, схожі на Сонце, наприкінці своєї еволюції стають червоними гігантами, потім скидають свої зовнішні оболонки (вони утворюють туманності), а їхні ядра перетворюються в білого карлика. Наймасивніші зорі різко стискаються, коли вони вичерпують паливо, спричиняючи вибух Наднової, залишаючи після себе нейтронну зорю або чорну діру. Фото з сайту www.esa.int.

Білі карлики — це залишки зір невеликої маси, як наше Сонце. Коли ці зорі вичерпують все ядерне паливо в своєму ядрі, вони скидають у космічний простір свою зовнішню оболонку й від зорі лишається тільки гаряче ядро, яке починає охолоджуватися.

Такі «згаслі» зорі випромінюють тепло, а тому ті з них, що лежать відносно недалеко від Сонячної системи, можна спостерігати як слабкі об’єкти. З’ясовано, що до 97% зір в нашій галактиці з часом перетворяться на білих карликів, а наймасивніші стануть нейтронними зорями або чорними дірами.

Охолодження білих карликів триває мільярди років. Як тільки вони досягають певної температури, гаряча речовина всередині їхнього ядра починає кристалізуватися. Процес схожий на те, як на Землі при температурі нуль градусів Цельсія рідка вода перетворюється на лід. Щоправда, є відмінність: температура, при якій відбувається кристалізація в білих карликів, надзвичайно висока ― близько 10 мільйонів градусів за шкалою Цельсія.

У новому дослідженні астрономи проаналізували понад 15000 білих карликів-кандидатів, що лежать на відстані до 300 світлових років від Землі. Їх спостерігала «Гайя» й ці спостереження дали змогу побачити білі карлики, що перебувають у процесі кристалізації, як окрему групу.

«Ми побачили масив білих карликів певних кольорів і світностей, які жодним чином не були пов’язані між собою з погляду їх еволюції», — сказав П’єр-Еммануїл. «Ми зрозуміли, що це не окрема популяція білих карликів, а прояв ефекту охолодження і кристалізації, який було передбачено 50 років тому».

Тепло, що виділяється у процесі кристалізації (він триває кілька мільярдів років) ніби сповільнює еволюцію білих карликів: мертві зорі припиняють згасати і, як наслідок, здаються на два мільярди років молодшими, ніж насправді. Це, своєю чергою, впливає на наше розуміння зоряних скупчень, до яких входять білі карлики.

«Білі карлики традиційно використовують для встановлення віку зоряних популяцій, таких як скупчення зір, зовнішнього диска і гало в Молочному Шляху», ― пояснює П’єр-Еммануїл. «Тепер нам доведеться розробляти кращі моделі кристалізації, щоб отримати більш точну оцінку віку цих систем».

Не всі білі карлики кристалізуються однаковими темпами. Масивніші зорі швидше остигають і досягають температури, при якій кристалізація відбувається приблизно за мільярд років. Білі карлики менших мас, ближчі до очікуваної кінцевої стадії Сонця, охолоджуються повільніше — на мертві тверді сфери вони перетворюються за майже шість мільярдів років.

Сонце ще має близько п’яти мільярдів років, перш ніж воно стане білим карликом. Астрономи оцінюють, що після цього потрібно ще п’ять мільярдів років, щоб воно охололо до сфери-кристалу.

«Цей результат підкреслює універсальність даних, які отримує «Гайя», та їх багатопланових застосувань», — сказав Тімо Прусті (Timo Prusti), науковець місії Gaia в Європейському космічному агентстві. «Це дивовижно, як сканування зір на небі й вимірювання їх властивостей може привести до розуміння плазмових явищ у речовині, такій щільній, що вона не може бути випробувана в лабораторії».

За інф. з сайту www.esa.int