Астрономы доказали, что белые карлики затвердевают в кристаллы

Полина Агеева – 10 января 2019

В Университете Уорика обнаружили первые прямые доказательства того, что белые карликовые звезды затвердевают в кристаллы.

Наблюдения показали, что мертвые остатки таких звезд, как наше Солнце, называемые белыми карликами, имеют ядро из твердого кислорода и углерода благодаря фазовому переходу в течение их жизненного цикла, подобному превращению воды в лед, но при гораздо более высоких температурах. Это потенциально может сделать их на миллиарды лет старше, чем считалось ранее.

Открытие, сделанное под руководством доктора Пьера-Эммануэля Тремблея из физического факультета Университета Уорика, было опубликовано в журнале Nature и в значительной степени основано на наблюдениях спутника Gaia Европейского космического агентства.

Белые карлики являются одними из старейших звездных объектов во Вселенной. Они невероятно полезны для астрономов, так как их предсказуемый жизненный цикл позволяет использовать их в качестве космических часов для оценки возраста групп соседних звезд. Белые карлики – это оставшиеся ядра красных гигантов после того, как эти огромные звезды погибли и потеряли свои внешние слои, и они постоянно охлаждаются, выделяя накопленное тепло в течение миллиардов лет.

Астрономы отобрали 15 000 кандидатов в белые карлики на расстоянии около 300 световых лет от Земли на основе наблюдений спутника Gaia, и проанализировали данные о яркости и цвете звезд.

Они определили скопление, превышение количества звезд при определенных цветах и яркости, которые не соответствуют какой-либо одной массе или возрасту. По сравнению с эволюционными моделями звезд, накопление сильно совпадает с фазой их развития, в которой, по прогнозам, скрытое тепло выделяется в больших количествах, что приводит к замедлению процесса их охлаждения. Предполагается, что в некоторых случаях эти звезды замедлили свое старение на целых 2 миллиарда лет.

«Это первое прямое доказательство того, что белые карлики кристаллизуются или переходят из жидкого в твердое состояние. Все белые карлики кристаллизуются в какой-то момент своей эволюции, хотя более массивные белые карлики проходят через процесс раньше. Это означает, что миллиарды белых карликов в нашей галактике уже завершили процесс и по сути являются кристаллическими сферами на небе. Солнце сам станет кристально белым карликом примерно через 10 миллиардов лет», – Доктор Тремблей.

Кристаллизация - это процесс превращения материала в твердое состояние, в котором его атомы образуют упорядоченную структуру. При экстремальных давлениях в ядрах белых карликов атомы упаковываются настолько плотно, что их электроны становятся несвязанными, оставляя проводящий электронный газ и положительно заряженные ядра в жидкой форме. Когда ядро охлаждается примерно до 10 миллионов градусов, выделяется достаточно энергии, чтобы жидкость начала затвердевать, образуя металлическое ядро в его сердце с оболочкой, усиленной углеродом.

«Мы сделали большой шаг вперед в получении точных возрастов для этих более холодных белых карликов и, следовательно, старых звезд Млечного Пути. Большая часть заслуг этого открытия сводится к наблюдениям Гайи. Благодаря точным измерениям, на которые он способен, мы поняли внутренность белых карликов. До Гайи у нас было 100-200 белых карликов с точным расстоянием и яркостью – теперь у нас есть 200 000. Этот эксперимент на сверхплотной материи - это то, что просто не может быть выполнено ни в одной лаборатории на Земле», – заключил Тремблей.

На фото: Белый карлик в процессе затвердевания. Университет Уорика / Марк Гарлик