Pred približno petdesetimi leti so astronomi napovedovali, kakšna bo končna usoda našega Sonca. Po teoriji bo Sonce izčrpalo svoje vodikovo gorivo v milijardah let in se razširilo na rdečega orjaka, ki mu bo sledilo zunanje plasti in postalo beli škrat. Po nekaj več milijardnih letih hlajenja se bo notranjost kristalizirala in postala trdna.
Do nedavnega so imeli astronomi malo dokazov, ki bi podkrepili to teorijo. Toda zahvaljujoč ESA Observatorij Gaia, astronomi lahko zdaj z ogromno natančnostjo opazujejo stotine tisoč belih pritlikavih zvezd - odmerjajo njihovo razdaljo, svetlost in barvo. To pa jim je omogočilo, da preučijo, kaj ima prihodnost za naše Sonce, ko ni več topla, rumena zvezda, ki jo poznamo in ljubimo danes.
Študija, ki opisuje te ugotovitve, se je nedavno pojavila v reviji Narava pod naslovom "Kristalizacija jedra in nabiranje v hladilnem zaporedju razvijajočih se belih škratov." Študijo je vodil Pier-Emmanuel Tremblay, docent na Univerzi v Warwicku in je vključeval več raziskovalcev iz skupine Warwick's Astronomy and Astrophysics, Université de Montréal in Univerze v Severni Karolini.
Ko gre za evolucijo zvezd, so desetletja opazovanja v kombinaciji s teoretičnimi modeli astronomom omogočila, da na podlagi njene klasifikacije sklenejo, kaj se bo zgodilo z zvezdo. Medtem ko večje zvezde (kot modri super-velikani) sčasoma postanejo supernova in postanejo nevtronske zvezde ali črne luknje, bodo manjše zvezde, kot je naše Sonce, izločile svoje zunanje plasti, da postanejo planetarne meglice, in na koncu svoj življenjski cikel zaključile kot beli škrat.
Te ultra goste zvezde še naprej oddajajo sevanje, ko se ohladijo, proces, ki traja milijarde let. Sčasoma bo njihova notranjost dovolj hladna - približno 10 milijonov ° C (50 milijonov ° F) - da bo ekstremni pritisk na njihova jedra povzročil, da se tam material kristalizira in postane trden. Ocenjujejo, da bo to usoda do 97% zvezd na Mlečni poti, preostali pa bodo postali nevtronske zvezde ali črne luknje.
Ker so beli palčki med najstarejšimi zvezdami v vesolju, so astronomom neverjetno koristni. Ker je njihov življenjski cikel predvidljiv, jih uporabljamo kot "kozmične ure" za visoko natančnost ocenjevanja starosti skupin sosednjih zvezd. Toda določiti, kaj se zgodi z belimi pritlikavkami proti koncu njihovega življenjskega cikla, je izziv.
Prej so bili astronomi omejeni, ko gre za število belih palčkov, ki so jih lahko preučili. Vse to se je spremenilo z uvedbo Gaia, vesoljski observatorij, ki je zadnjih nekaj let natančno meril položaje, razdalje in premike zvezd, da bi ustvaril najbolj podroben 3D-katalog vesolja, ki je bil kdajkoli narejen.
Kot je v nedavnem sporočilu ESA za javnost poudaril Pier-Emmanuel Tremblay, štipendist ERC * Starting Grant:
"Prej smo imeli razdalje le nekaj sto belih pritlikavcev in mnogi od njih so bili v grozdih, kjer so vsi enaki starosti. Z Gaio imamo zdaj na daljavo, svetlost in barvo več sto tisoč belih palčkov za opazen vzorec na zunanjem disku Mlečne poti, ki obsega obseg začetnih mas in vseh vrst. "
Za svojo študijo so astronomi uporabili podatke Gaia za analizo več kot 15 000 zvezdnih ostankov kandidatov v 300 svetlobnih letih Zemlje. Iz tega vzorca so lahko prepoznali presežek števila zvezd (aka. Gomile), ki so imele posebne barve in svetilnosti, ki niso ustrezale nobeni masi ali starosti.
Zdelo se je, da je ta kup v primerjavi z evolucijskimi modeli zvezd sovpadal z razvojno fazo, kjer zvezde izgubljajo toploto v velikih količinah. Ta proces upočasni naravni proces hlajenja in povzroči, da se mrtve zvezde nehajo zatemniti, zaradi česar so videti do 2 milijard let mlajše, kot so v resnici.0
"To je prvi neposredni dokaz, da se beli palčki kristalizirajo ali prehod iz tekočega v trdno," je pojasnil Tremblay v izjavi za Warwick. "Pred petdesetimi leti je bilo napovedano, da bomo zaradi kristalizacije opazili povečanje števila belih pritlikavcev pri določenih svetilnostih in barvah, in šele zdaj to opažamo."
Ta vzorec, pri katerem svetilnost ni povezana s starostjo, je bila eno ključnih napovedi, ki so ga pred 50 leti kristalizirali beli pritlikavci. Zdaj, ko imajo astronomi na delu neposredne dokaze o tem procesu, bo to verjetno vplivalo na naše razumevanje, v katero zvezdno združenje naj se vključijo beli škrati.
"Beli palčki se tradicionalno uporabljajo za starost zvezdnih populacij, kot so grozdi zvezd, zunanji disk in halo na naši Mlečni poti," je dejal Tremblay. "Zdaj bomo morali razviti boljše modele kristalizacije, da bomo dobili natančnejše ocene starosti teh sistemov."
Na primer, medtem ko se bodo vsi beli pritlikavci kristalizirali v nekem trenutku svoje evolucije, se čas, ki je potreben, razlikuje glede na zvezdo. Masivnejši beli pritlikavci se hitreje ohlajajo in dosežejo temperaturo, pri kateri pride do kristalizacije prej (v približno milijardi let). Manjši beli pritlikavci, kar bo postalo tudi naše Sonce, bodo morda potrebovali kar šest milijard let za isti prehod.
"To pomeni, da je milijarda belih palčkov v naši galaksiji že zaključila postopek in so v bistvu kristalne krogle na nebu," je dejal Tremblay. Medtem lahko pričakujemo, da bo naše Sonce ta prehod v približno desetih milijard letih. V tistem trenutku bo naše Sonce zapustilo fazo Rdečega orjaškega veja, postalo beli škrat in začelo proces kristalizacije.
To je samo zadnje razodetje, ki prihaja iz Gaia misijo, ki je zadnjih pet let katalogizirala nebesne objekte v Mlečni poti in sosednjih galaksijah. Preden se misija konča (predvidoma do leta 2022), sta predvideni še dve izdaji podatkov, pri čemer bo izdaja DR3 predvidena za leto 2021 in končna izdaja še ne bo določena.
* Raziskava je bila mogoča zaradi financiranja Evropskega raziskovalnega sveta (ERC).
