Вид всего неба Млечного Пути, сделанный космической обсерваторией Гайя Европейского космического агентства. Фото: ЕКА/Гея/DPAC.
Представьте себе угли костра, медленно тускнеющие со временем. Это судьба большинства звезд во Вселенной. После того, как их ядерное топливо израсходуется, 98 процентов звезд, включая наше Солнце, в конечном итоге станут белыми карликами. Считается, что эти маленькие, плотные остатки просто остывают, становясь все более тусклыми по мере старения Вселенной.
В 2019 году астрономы обнаружили группу белых карликов, которые загадочным образом перестали охлаждаться. Эти «вечно молодые» звезды сохраняют почти постоянную температуру поверхности в течение как минимум восьми миллиардов лет — невероятный срок, учитывая, что Вселенной 13,8 миллиардов лет.
Что-то подпитывает эти звезды изнутри, но, учитывая, что у них исчерпан источник ядерного топлива, ученые не были уверены, что может поддерживать их такое яркое сияние. Наше исследование, недавно опубликованное в журнале Nature, предлагает решение этой загадки.
Используя информацию, собранную космической обсерваторией Гайя Европейского космического агентства, исследователи обнаружили, что некоторые белые карлики практически перестают охлаждаться.
Изучая, как белые карлики распределяются в зависимости от температуры (от горячего к холодному) в данных Gaia, астрономы заметили скопление белых карликов при промежуточных температурах. Это указывает на то, что некоторые белые карлики проводят при этих промежуточных температурах больше времени — на восемь миллиардов лет больше, чем считалось возможным.
Звездные кристаллы
Белые карлики странные. Всего лишь чайная ложка материала из их ядер весит несколько тонн. При такой экстремальной плотности материя может вести себя странно. Несмотря на то, что внутренняя часть белых карликов имеет температуру в миллионы градусов, плотность достаточно высока, чтобы они могли замерзнуть до твердого состояния. Они образуют кристаллы из углерода, кислорода и других элементов, присутствующих в их недрах.
Формирование этих кристаллов обычно начинается в центре звезды, где плотность самая высокая. По мере того как белый карлик остывает, в последовательных слоях образуется больше кристаллов, пока почти вся звезда не станет полностью твердой.
Однако эта кристаллизация наизнанку применима не ко всем белым карликам. Мы обнаружили, что самые тяжелые элементы, присутствующие в белых карликах, выбрасываются из кристаллов при их формировании, точно так же, как соль выбрасывается из кристаллов льда при замерзании морской воды.
Кристаллы становятся менее плотными, чем их окружение, и всплывают, как кубики льда в стакане воды. Поскольку кристаллы не остаются на месте, ядро не может просто замерзнуть изнутри.
Движения, создаваемые плавающими кристаллами, меняют химические слои внутри звезды. Постепенно самые тяжелые элементы перемещаются к центру. Это высвобождает постоянный поток гравитационной энергии, который поддерживает сияние звезды при почти постоянной температуре в течение миллиардов лет.
Плавающие кристаллы могут приостановить процесс старения звезд, обеспечивая последний источник энергии для мертвых звезд.
Исключение или правило?
До сих пор эта пауза охлаждения была окончательно определена только для небольшой части популяции белых карликов. Высокие массы и своеобразный состав этих аномальных белых карликов позволяют предположить, что у них была довольно жестокая история. Скорее всего, они являются продуктами звездных слияний — событий, когда две звезды сталкиваются и объединяются.
Но это может быть лишь верхушкой айсберга. Основываясь на наших выводах, мы подозреваем, что почти все белые карлики, а не только слившиеся, испытывают некоторую паузу в процессе своей эволюции. Однако эта более универсальная пауза охлаждения будет намного короче, чем изученная до сих пор многомиллиардная пауза.
Наблюдения продолжаются, чтобы попытаться выявить эту более короткую паузу охлаждения у остальной части популяции белых карликов.
Космические часы
Эти находки имеют значение для звездной археологии. Чем холоднее белый карлик, тем старше он должен быть. Точно так же, как археологи используют датировку по углероду-14, чтобы определить возраст артефактов и восстановить историю города или цивилизации, астрономы полагаются на охлаждение белых карликов, чтобы измерить возраст звезд и понять историю нашей галактики Млечный Путь.
Наше открытие усложняет ситуацию. Белый карлик с определенной температурой может быть на миллиарды лет старше, чем первоначально предполагалось, из-за образования этих плавающих кристаллов. Ключевым моментом сейчас является выяснить, какие звезды испытывают эту паузу охлаждения, а какие нет.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
