Pewnego dnia - prawdopodobnie za miliardy lat - nasze słońce umrze. Jednak to, co dokładnie dzieje się ze słońcem pod koniec jego długiego życia, od dawna jest przedmiotem dyskusji. Nowe obserwacje zgłoszone w badaniu w czasopiśmie Nature ujawniają, że większość gwiazd, w tym Słońce, prawdopodobnie zamieni się w gigantyczne kosmiczne kryształy wielkości Ziemi, które wyznaczą miejsce, w którym kiedyś był nasz Układ Słoneczny.
Odkrycie pochodzi z kosmicznego teleskopu Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, który dokładnie przyjrzał się kolorowi i jasności 15 000 pozostałości gwiazd zwanych białymi karłami w odległości około 300 lat świetlnych od Ziemi. Pięćdziesiąt lat temu astronomowie po raz pierwszy przewidzieli, że pod koniec życia białego karła wystarczająco ostygnie, aby przejść z cieczy w ciało stałe i krystalizować, ale nie mieli na to dowodów. To nowe badanie daje pierwsze dowody obserwacyjne, że resztki gwiazd rzeczywiście schładzają się w kosmiczne kule disco.
W rzeczywistości główny autor i astronom Pier-Emmanuel Tremblay z Warwick University mówi Deborah Netburn w The Los Angeles Times, że większość gwiazd w znanym wszechświecie ostatecznie skrystalizuje.
„Za dziesiątki miliardów lat wszechświat będzie zbudowany głównie z gęstych kryształowych kul” - mówi. „W przyszłości te obiekty będą całkowicie dominujące”.
Czym jest biały karzeł? Zasadniczo jest to jeden z ostatnich etapów życia gwiazdy. Średniej wielkości gwiazdy napędzają ich istnienie poprzez stopienie wodoru z helem w ich przegrzanych rdzeniach. Energia i ciśnienie uwalniane z tych reakcji jądrowych generują ciepło i ciśnienie zewnętrzne, aby gwiazda była stabilna. Jednak w końcu małe i średnie gwiazdy - zdefiniowane jako cokolwiek o masie mniejszej niż około 8-krotna masa naszego Słońca - przekształcą większość swojego wodoru w hel. Nacisk tych reakcji nie będzie w stanie pokonać siły grawitacji z jądra gwiazdy. Gwiazda zacznie się wówczas zapadać, a następnie zacznie się ponownie nagrzewać i rozpocznie stapianie ostatniego pozostałego wodoru poza rdzeniem w płonącej skorupie, która powoduje, że gwiazda masowo rozszerza się w czerwonego olbrzyma. To stanie się wystarczająco gorące, aby stopić jego helowy rdzeń z cięższymi pierwiastkami, tlenem i węglem. Następnie zdmuchnie zewnętrzne warstwy, a pozostanie biały karzeł lub zużyte jądro gwiazdy, które będzie powoli się ochładzać przez kilka miliardów lat.
Według Netburn, gdyby białe karły po prostu ostygły z czasem i nie zamieniły się w kryształy, gwiazdy zmieniłyby kolor i straciły jasność na gładkiej, przewidywalnej ścieżce, zmieniając się z niebieskiego na pomarańczowy na czerwony podczas schładzania.
Ale dane z teleskopu Gaia pokazały, że wiele białych karłów przestało się ochładzać przez miliony, a czasem miliardy lat, zamiast podążać tą przewidywalną ścieżką i zamiast tego uwolniło energię. Najbardziej rozsądnym wyjaśnieniem jest to, że w tym czasie biały karzeł krystalizuje, proces, który wydziela energię.
„Widzieliśmy stos białych karłów o określonych kolorach i jasnościach, które inaczej nie byłyby ze sobą powiązane pod względem ewolucji”, mówi Pier-Emmanuel w komunikacie prasowym. „Zdaliśmy sobie sprawę, że nie jest to wyraźna populacja białych karłów, ale efekt chłodzenia i krystalizacji przewidziany 50 lat temu.”
Niektórzy badacze wierzyli, że gdyby białe karły krystalizowały, energia wydzielana przez ten proces byłaby zbyt mała, aby astronomowie mogli je wykryć. Ale tak nie jest, a energia wydzielana podczas tego procesu znajduje się na górnym końcu prognoz. W innym komunikacie prasowym Tremblay mówi, że prawdopodobnie ma to związek ze składem krasnoludów.
„Nie tylko mamy dowody uwalniania ciepła po zestaleniu, ale potrzeba znacznie więcej uwalniania energii, aby wyjaśnić obserwacje. Uważamy, że jest to spowodowane najpierw krystalizacją tlenu, a następnie zatonięciem w rdzeniu, procesem podobnym do sedymentacji na dnie rzeki na Ziemi - mówi. „To popchnie węgiel do góry, a to oddzielenie uwolni energię grawitacyjną”.
Chociaż wiedza, że gwiazdy te stają się kryształowymi kulami, jest dość interesująca, ma praktyczne konsekwencje dla astronomów. Ponieważ białe karły były znane ze stygnięcia w stałym tempie, często są używane do datowania gromad gwiazd. Szybkość krystalizacji białego karła zależy jednak od jego masy. Większe gwiazdy przechodzą proces krystalizacji po upływie miliarda lat, podczas gdy mniejsze gwiazdy potrzebują więcej miliardów lat na rozpoczęcie krystalizacji. Naukowcy twierdzą, że muszą stworzyć lepsze modele krystalizacji tych gwiazd, aby wykorzystać je do lepszego datowania gromad gwiazd.
Ziemia ma jeszcze trochę czasu do przebycia, dopóki Słońce nie zmieni się w ogromny astro-żyrandol. Szacuje się, że zajmie to około 5 miliardów lat, zanim spali się przez paliwo i stanie się białym karłem, a kolejne 5 miliardów lat zajmie schłodzenie i krystalizacja.
