Международная команда астрофизиков из США, Канады и Великобритании подтвердила гипотезу о том, что в ядрах белых карликов, одним из которых через 6–7 миллиардов лет предстоит стать Солнцу, идут процессы кристаллизации ионов углерода и кислорода. Эти процессы высвобождают из ядра огромное количество тепла, что в итоге значительно замедляет процесс остывания звезды. Статья опубликована в Nature.
Белый карлик — это последняя стадия жизни звезд, относящихся к классу звезд главной последовательности (к которому, в том числе, относится и Солнце). Одна из их особенностей — это огромные значения плотности вещества в ядре (до 10 миллионов граммов на кубический сантиметр), за счет которой разрушаются электронные оболочки атомов. При этом, несмотря на большую плотность, вещество ядра белых карликов ведет себя как жидкость. Полвека назад ученые рассчитали, что при достижении ядром температуры 10 миллионов кельвинов запускается процесс кристаллизации вещества — как при превращении воды в лед. В результате этого процесса выделяется большое количество тепла, которое значительно замедляет процесс охлаждения звезды и может продлить ее жизнь на несколько миллиардов лет. Причем возраст начала этого процесса зависит в первую очередь от массы: более тяжелые белые карлики кристаллизуются раньше. Однако до недавнего времени астрофизикам недоставало данных для подтверждения этих теоретических расчетов, так как изучение белых карликов затруднено из-за их малых размеров и низкой светимости.
Исследователи проанализировали данные, полученные с телескопа Gaia Европейского космического агенства. Всего для изучения процесса кристаллизации учеными было выбрано и изучено более 15 тысяч белых карликов на расстоянии не более 326 световых лет от Земли (в то время как ранее, до исследований при помощи телескопа Gaia, точные данные по расстоянию и яркости имелись только на 100-200 белых карликов). Обработав все полученные результаты, ученые построили диаграмму Герцшпрунга-Рассела, которая показывает зависимость между абсолютной звездной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды.
Полученная диаграмма помогла выявить последовательность, согласно которой объектам с малой абсолютной звездной величиной свойственно несоответствие возраста и степени остывания. Такая диаграмма, как и предсказывали астрофизики, объясняется моделью, в которой кристаллизация вещества в ядре приводит к выделению большого количества тепла и сильному замедлению процесса охлаждения звезды.
«Все белые карлики кристаллизуются в какой-то момент своей эволюции, но более массивные белые карлики проходят через процесс раньше. Это означает, что миллиарды белых карликов в нашей галактике уже по сути являются большими кристаллическими сферами. Солнце станет кристаллическим карликом примерно через 10 миллиардов лет» — подводит итог исследования его руководитель, Пьер-Эммануэль Тремблей (Pier-Emmanuel Tremblay) из Университета Уорика (Великобритания).
Это открытие привело не только к новому пониманию эволюции звезд и поведения вещества с огромной плотностью, но и к пересмотру данных о возрасте многих космических объектов. Причем, по словам авторов исследования, большая заслуга в этом открытии принадлежит возможностям телескопа Gaia, с помощью которого удалось проверить огромный объем данных, получить которые еще недавно не представлялось возможным. Однако данные с Gaia позволяют исследовать не только белые карлики — благодаря этому телескопу ученым стали известны координаты, яркости и данные о движении более чем 1,3 миллиарда звезд, а для 7,2 миллиона — еще и лучевая скорость, что позволило исследовать Млечный Путь в шести измерениях.
Пётр Кузнеченко