Körülbelül ötven évvel ezelőtt a csillagászok megjósolták, mi lesz a mi Nap végső sorsa. Az elmélet szerint a Nap több ezer évvel kimeríti hidrogén-üzemanyagait, és Vörös Óriássá alakul, majd a külső rétegeket eldobja és fehér törpévé válik. További néhány milliárd éves hűtés után a belső tér kristályosodik és szilárd lesz.
A közelmúltban a csillagászok kevés bizonyítékkal rendelkeztek ezen elmélet alátámasztására. De köszönhetően az ESA-nak Gaia Obszervatórium, a csillagászok mostantól óriási pontossággal képesek megfigyelni a fehér törpe csillagok százezreit - mérve a távolságot, a fényerőt és a színt. Ez viszont lehetővé tette számukra, hogy megvizsgálják, mi áll a jövőnk a mi Napunk számára, amikor már nem az a meleg, sárga csillag, amelyet ma ismerünk és szeretünk.
Az eredményeket leíró tanulmány a közelmúltban jelent meg a folyóiratban Természet a „Mag kristályosodása és felhalmozódása a fejlődő fehér törpék hűtési sorrendjében” cím alatt. A tanulmányt Pier-Emmanuel Tremblay, a Warwicki Egyetem docense vezette, és több kutatót vontak be a Warwick Csillagászati és Asztrofizikai Csoportjából, a Montréali Egyetemen és az Észak-Karolinai Egyetemen.
A csillagok evolúciójáról évtizedes megfigyelések és az elméleti modellek együttesen lehetővé tették a csillagászoknak, hogy a csillag besorolása alapján levonják, mi fog történni egy csillaggal. Míg a nagyobb csillagok (mint például a kék szuper óriások) végül szupernóvá válnak, és neutroncsillagokká vagy fekete lyukakká válnak, addig a kisebb csillagok, mint például a Nap, a külső rétegekből bolygó-ködökké válnak, és életciklusukat végül fehér törpként fejezik be.
Ezek az ultra-sűrű csillagok továbbra is sugárzást bocsátanak ki, miközben lehűlnek, ez a folyamat több milliárd évig tart. Végül, belső tereik elég hidegek lesznek - körülbelül 10 millió ° C (50 millió ° F) -, hogy a magukra gyakorolt rendkívüli nyomás az ott levő anyag kristályosodásához és szilárd anyaggá válásához vezet. Becslések szerint ez a Tejút csillagok akár 97% -ának sorsa lesz, míg a többi neutroncsillagok vagy fekete lyukak lesz.
Mivel a fehér törpe az univerzum legrégebbi csillagai közé tartozik, hihetetlenül hasznosak a csillagászok számára. Mivel életciklusuk kiszámítható, „kozmikus órákként” használják a szomszédos csillagcsoportok életkorának nagy pontosságú becslésére. De nehéz meghatározni, mi történik a fehér törpékkel életciklusuk végén.
Korábban a csillagászok korlátozottak voltak, amikor megvizsgálták a tanulmányozható fehér törpék számát. Mindez megváltozott a Gaia, egy űrmegfigyelő intézet, amely az elmúlt években pontosan a csillagok helyzetének, távolságának és mozgásának mérésével töltötte el a legfrissebb 3D-s űrkatalógus létrehozását.
Amint azt Pier-Emmanuel Tremblay, az ERC * Starting Grant Fellow állította, az ESA nemrégiben kiadott sajtóközleménye szerint:
„Korábban csak néhány száz fehér törpe volt távolságban, és sokan klaszterekben voltak, ahol mind azonos korúak. A Gaia-val most már több százezer fehér törpe távolsága, fényerőssége és színe van egy nagyméretű minta számára a Tejút külső korongjában, amely a kezdeti tömegek és mindenféle korosztályt felöleli. ”
Tanulmányaikban a csillagászok a Gaia adatait felhasználták, hogy több mint 15 000 csillagmaradvány-jelöltet elemezzenek a Föld 300 fényévétől számítva. Ebből a mintából meg tudták határozni a csillagok számának többletét (más néven egy halom felületet), amelyek specifikus színei és fényessége nem felel meg egyetlen tömegnek vagy kornak.
Ez a halmozódás, a csillagok evolúciós modelljeivel összehasonlítva, egybeesett a fejlődés szakaszával, amikor a csillagok nagy mennyiségben veszítik el a hőt. Ez a folyamat lelassítja a természetes hűtési folyamatot, és a halott csillagok abbahagyják az elsötétülést, ami akár 2 milliárd évvel fiatalabbnak tűnnek, mint ténylegesen vannak.0
"Ez az első közvetlen bizonyíték arra, hogy a fehér törpe kristályosodik, vagy folyékony anyagból szilárdvá alakul át" - magyarázta Tremblay a Warwick sajtóközleményében. "Ötven évvel ezelőtt azt jósolták, hogy bizonyos kristályosodás következtében bizonyos fényerősségnél és színeknél megfigyelhető a fehér törpék számának felhalmozódása, és ezt csak most figyelték meg."
Ez a mintázat, amelyben a fényerősség nem függ össze az életkorral, volt az egyik legfontosabb előrejelzés a fehér törpék kristályosodásáról 50 évvel ezelőtt. Most, hogy a csillagászok közvetlen bizonyítékokkal rendelkeznek erről a folyamatról a munka során, valószínűleg befolyásolja megértésünket arról, hogy a csillagcsoportokba milyen fehér törpéket kell belefoglalni.
"A fehér törpeket hagyományosan használják olyan csillagpopulációk, mint a csillagcsoportok, a külső korong és a Tejútunkban lévő halok kora randizására" - mondta Tremblay. "Most jobb kristályosítási modelleket kell kidolgoznunk, hogy pontosabb becsléseket kapjunk e rendszerek koráról."
Például, bár az összes fehér törpe evolúciójának egy bizonyos pontján kristályosodik, addig az idő függ a csillagtól. A masszív fehér törpék gyorsabban lehűlnek és elérték azt a hőmérsékletet, amelyen a kristályosodás hamarabb megtörténik (körülbelül egy milliárd év alatt). Kisebb fehér törpék, amiből Napunk lesz, akár hat milliárd évre is szükség lehet az azonos átmenet végrehajtásához.
"Ez azt jelenti, hogy galaxisunk milliárd fehér törpe már befejezte a folyamatot, és lényegében kristálygömbök az égen" - mondta Tremblay. Időközben várható, hogy Napunkon ez az átalakulás még körülbelül tíz milliárd év alatt megtelik. Ezen a ponton a Napunk kilép a vörös óriáság fázisából, fehér törpévé válik és megkezdi a kristályosodási folyamatot.
Ez csak a legfrissebb kijelentés, amely a Gaia misszió, amely az elmúlt öt évben égi tárgyakat katalogizált a Tejút és a szomszédos galaxisok területén. A misszió befejezése előtt (várhatóan 2022-ig megtörténik) további két adatközlés kerül betervezésre, a DR3 kiadásának 2021-re, és a végső kiadást még meghatározni kell.
* A kutatás az Európai Kutatási Tanács (ERC) finanszírozásának köszönhetően vált lehetővé.
