V daljni prihodnosti se bo naše Sonce spremenilo v trdnega kristalnega belega škrata. Evo, kako se bo zgodilo

Pred približno petdesetimi leti so astronomi napovedali, kakšna bo končna usoda našega Sonca. Po teoriji bo Sonce porabilo svoje vodikovo gorivo čez milijarde let in se razširilo in postalo Rdeči velikan, čemur bo sledilo, da bo odvrglo svoje zunanje plasti in postalo bela pritlikavka. Po še nekaj milijardah let hlajenja se bo notranjost kristalizirala in postala trdna.

Do nedavnega so astronomi imeli malo dokazov, ki bi podprli to teorijo. Ampak zahvaljujoč ESA Observatorij Gaia , lahko astronomi zdaj opazujejo na stotine tisoč belih pritlikavih zvezd z izjemno natančnostjo – merjenje njihove razdalje, svetlosti in barve. To jim je omogočilo, da preučijo, kaj prinaša prihodnost našega Sonca, ko ne bo več topla rumena zvezda, ki jo poznamo in imamo radi danes.

Študija, ki opisuje te ugotovitve, se je pred kratkim pojavila v revijiNaravapod naslovom ' Kristalizacija jedra in kopičenje v zaporedju hlajenja razvijajočih se belih pritlikavk .” Študijo je vodil Pier-Emmanuel Tremblay, docent na Univerzi v Warwicku, in je vključevala več raziskovalcev iz Warwickove Astronomija in astrofizika skupina, Université de Montréal in Univerza Severne Karoline.

Umetnikov vtis o evoluciji zvezd, kjer zvezde sčasoma postanejo črne luknje, nevtronske zvezde ali beli palčki, odvisno od njihove razvrstitve. Slika: ESA

Ko gre za evolucijo zvezd, so desetletja opazovanj v kombinaciji s teoretičnimi modeli omogočila astronomom, da na podlagi njene klasifikacije sklenejo, kaj se bo zgodilo z zvezdo. Medtem ko večje zvezde (kot so modri superveliki) sčasoma postanejo supernova in postanejo nevtronske zvezde ali črne luknje, bodo manjše zvezde, kot je naše Sonce, odvrgle svoje zunanje plasti in postale planetarne meglice in sčasoma zaključile svoj življenjski cikel kot bela pritlikavka.

Te ultra goste zvezde še naprej oddajajo sevanje, ko se ohlajajo, proces, ki traja milijarde let. Sčasoma bo njihova notranjost dovolj hladna – približno 10 milijonov °C (50 milijonov °F) –, da bo izreden pritisk, ki se izvaja na njihova jedra, povzročil, da material tam kristalizira in postane trden. Ocenjuje se, da bo to usoda do 97 % zvezd v Rimski cesti, ostale pa bodo postale nevtronske zvezde ali črne luknje.

Ker so beli palčki med najstarejšimi zvezdami v vesolju, so za astronome neverjetno uporabni. Ker je njihov življenjski cikel predvidljiv, se uporabljajo kot 'kozmične ure' za oceno starosti skupin sosednjih zvezd z visoko stopnjo natančnosti. Toda določiti, kaj se zgodi z belimi pritlikavci proti koncu njihovega življenjskega cikla, je bilo težko.

Prej so bili astronomi omejeni, ko je šlo za število belih pritlikavk, ki so jih lahko preučevali. Vse to se je spremenilo z uvedboGaia, vesoljski observatorij, ki je zadnjih nekaj let natančno meril položaje, razdalje in gibanje zvezd, da bi ustvaril najbolj podroben 3D vesoljski katalog, kar je bilo kdaj narejeno.

ESA-jeva misija Gaia je trenutno na petletni misiji za kartiranje zvezd Rimske ceste. Gaia je našla dokaze za galaktični trk, ki se je zgodil pred 300 milijoni in 900 milijoni let. Zasluge: ESA/ATG medialab; ozadje: ESO/S. Brunier.

Kot je v nedavnem ESA navedel Pier-Emmanuel Tremblay, začetni štipendist ERC* izjava za javnost :

»Prej smo imeli razdalje le za nekaj sto belih pritlikavk in veliko jih je bilo v skupinah, kjer so vsi enako stari. Z Gaio imamo zdaj razdaljo, svetlost in barvo sto tisoč belih pritlikavk za velik vzorec v zunanjem disku Rimske ceste, ki zajema vrsto začetnih mas in vseh vrst starosti.

Za svojo študijo so astronomi uporabili podatke Gaia za analizo več kot 15 000 kandidatov za ostanke zvezd v 300 svetlobnih letih od Zemlje. Iz tega vzorca so lahko identificirali presežek v številu zvezd (aka. Pileup), ki so imele posebne barve in svetilnosti, ki niso ustrezale nobeni posamezni masi ali starosti.

Zdi se, da to kopičenje, nekoč v primerjavi z evolucijskimi modeli zvezd, sovpada z razvojno stopnjo, ko zvezde izgubljajo toploto v velikih količinah. Ta proces upočasni naravni proces hlajenja in povzroči, da mrtve zvezde prenehajo zatemniti, zaradi česar so videti do 2 milijardi let mlajše, kot so v resnici.0

'To je prvi neposredni dokaz, da beli palčki kristalizirajo ali prehajajo iz tekočega v trdno,' je pojasnil Tremblay v Warwicku. izjava za javnost . 'Pred petdesetimi leti je bilo predvideno, da bomo zaradi kristalizacije opazili kopičenje števila belih pritlikavk pri določeni svetilnosti in barvah, in šele zdaj je bilo to opaženo.'

Zaporedje hlajenja in kristalizacije bele pritlikavke, ki temelji na podatkih Gaia. Zasluge: Pier-Emmanuel Tremblay (et al.)

Ta vzorec, kjer svetilnost ni povezana s starostjo, je bila ena ključnih napovedi o kristalizaciji belih pritlikavk pred 50 leti. Zdaj, ko imajo astronomi neposredne dokaze o tem procesu, bo to verjetno vplivalo na naše razumevanje, v katere zvezdne skupine bi morali biti vključeni beli pritlikavci.

'Bele pritlikavke se tradicionalno uporabljajo za določanje starosti zvezdnih populacij, kot so kopice zvezd, zunanji disk in halo v naši Rimski cesti,' je dejal Tremblay. 'Zdaj bomo morali razviti boljše kristalizacijske modele, da bomo dobili natančnejše ocene starosti teh sistemov.'

Na primer, medtem ko bodo vsi beli palčki na neki točki svojega razvoja kristalizirali, se čas, ki je potreben, razlikuje glede na zvezdo. Masivnejši beli palčki se hitreje ohladijo in prej (v približno eni milijardi let) dosežejo temperaturo, pri kateri pride do kristalizacije. Manjši beli palčki, kar bo naše Sonce, bodo morda potrebovali kar šest milijard let za enak prehod.

'To pomeni, da so milijarde belih pritlikavk v naši galaksiji že zaključile proces in so v bistvu kristalne krogle na nebu,' je dejal Tremblay. Medtem pa lahko pričakujemo, da bo naše Sonce ta prehod doživelo čez približno deset milijard let. Na tej točki bo naše Sonce zapustilo fazo rdeče velikanske veje, postalo bela pritlikavka in začelo proces kristalizacije.

Življenjski cikel zvezde, podobne Soncu, od rojstva na levi strani okvirja do njene evolucije v rdečega velikana na desni po milijardah let. Zasluge: ESO/M. Kornmesser

To je le zadnje razkritje, ki prihaja izGaiamisijo, ki je zadnjih pet let katalogizirala nebesna telesa v Rimski cesti in sosednjih galaksijah. Pred koncem misije (predvidoma do leta 2022) sta načrtovani še dve objavi podatkov, pri čemer je izdaja DR3 načrtovana za leto 2021, končna izdaja pa je treba še določiti.

*Raziskava je bila omogočena zahvaljujoč financiranju Evropski raziskovalni svet (ERC).

Nadaljnje branje: Univerza v Warwicku , TO , Narava