Astronomer opdager det første direkte bevis på hvide dværgstjerner, der størkner til krystaller

Det første direkte bevis på, at hvide dværgstjerner størkner til krystaller, er blevet opdaget af astronomer ved University of Warwick, og vor himmel er fyldt med dem.

Observationer har afsløret, at døde rester af stjerner som vores sol, kaldet hvide dværge, har en kerne af fast ilt og kulstof på grund af en faseovergang i løbet af deres livscyklus, der ligner vand, der bliver til is, men ved meget højere temperaturer. Dette kan gøre dem potentielt milliarder af år ældre end tidligere antaget.

Opdagelsen, ledet af Dr. Pier-Emmanuel Tremblay fra University of Warwicks Institut for Fysik, er udgivet i Natur og er i høj grad baseret på observationer taget med Den Europæiske Rumorganisations Gaia-satellit.

Hvide dværgstjerner er nogle af de ældste stjerneobjekter i universet. De er utrolig nyttige for astronomer, da deres forudsigelige livscyklus gør det muligt at bruge dem som kosmiske ure til at vurdere alderen på grupper af nabostjerner med en høj grad af nøjagtighed. De er de resterende kerner af røde kæmper, efter at disse enorme stjerner er døde og har afgivet deres ydre lag og afkøles konstant, mens de frigiver deres oplagrede varme i løbet af milliarder af år.

Astronomerne udvalgte 15, 000 hvide dværgkandidater inden for omkring 300 lysår fra Jorden fra observationer foretaget af Gaia-satellitten og analyserede data om stjernernes lysstyrke og farver.

De identificerede en ophobning, et overskud i antallet af stjerner ved bestemte farver og lysstyrker, der ikke svarer til nogen enkelt masse eller alder. Sammenlignet med evolutionære modeller af stjerner, ophobningen falder stærkt sammen med den fase i deres udvikling, hvor latent varme forventes at blive frigivet i store mængder, hvilket resulterer i en opbremsning af deres afkølingsproces. Det anslås, at disse stjerner i nogle tilfælde har bremset deres aldring med så meget som 2 milliarder år, eller 15 procent af alderen på vores galakse.

Dr. Tremblay sagde:"Dette er det første direkte bevis på, at hvide dværge krystalliserer, eller overgang fra flydende til fast stof. Det blev forudsagt for 50 år siden, at vi skulle observere en ophobning i antallet af hvide dværge ved visse lysstyrker og farver på grund af krystallisation, og først nu er dette blevet observeret.

"Alle hvide dværge vil krystallisere på et tidspunkt i deres udvikling, selvom mere massive hvide dværge går hurtigere igennem processen. Det betyder, at milliarder af hvide dværge i vores galakse allerede har fuldført processen og i det væsentlige er krystalkugler på himlen. Solen selv vil blive en krystalhvid dværg om omkring 10 milliarder år."

Krystallisation er processen, hvor et materiale bliver til en fast tilstand, hvor dets atomer danner en ordnet struktur. Under det ekstreme pres i hvide dværgkerner, atomer er pakket så tæt, at deres elektroner bliver ubundne, efterlader en ledende elektrongas styret af kvantefysik, og positivt ladede kerner i flydende form. Når kernen afkøles til omkring 10 millioner grader, der er frigivet tilstrækkelig energi til, at væsken begynder at størkne, danner en metallisk kerne i hjertet med en kappe forstærket i kulstof.

Dr. Tremblay tilføjer:"Ikke kun har vi beviser for varmeafgivelse ved størkning, men der kræves betydeligt mere energifrigivelse for at forklare observationerne. Vi tror, ​​at dette skyldes, at ilten først krystalliserer og derefter synker til kernen, en proces, der ligner sedimentation på en flodseng på Jorden. Dette vil skubbe kulstoffet opad, og den adskillelse vil frigive gravitationsenergi.

"Vi har taget et stort skridt fremad i at få nøjagtige aldre for disse køligere hvide dværge og derfor gamle stjerner i Mælkevejen. En stor del af æren for denne opdagelse skyldes Gaia-observationerne. Takket være de præcise målinger er den i stand til af, vi har forstået det indre af hvide dværge på en måde, som vi aldrig havde forventet. Før Gaia havde vi 100-200 hvide dværge med præcise afstande og lysstyrker - og nu har vi 200, 000. Dette eksperiment med ultra-tæt stof er noget, der simpelthen ikke kan udføres i noget laboratorium på Jorden."