Дослідники виявили, чому деякі білі карлики залишаються світними протягом мільярдів років: це основний процес, під час якого легші кристали піднімаються, а більш щільні рідини опускаються, балансуючи енергію та зберігаючи поверхневу яскравість.
Ваш підручник з астрономії може описувати білих карликів як прохолодні та відносно нецікаві залишки мертвих зірок. Цю точку зору ставить під сумнів раніше нез’ясоване існування сповільнених білих карликів, які кидають виклик очікуванням, сяючи так само яскраво, як деякі знайомі зірки головної послідовності протягом мільярдів років.
Нове дослідження, проведене Саймоном Блуїном разом зі співавторами з Університету Уоріка та Інституту передових досліджень у Прінстоні, Нью-Джерсі, показує, що в ядрах цих зірок із дивною поведінкою утворюються та спливають кристали меншої щільності, тоді як більш щільні рідини з важкими домішками раковина. Цей процес твердо-рідинної дистиляції перериває охолодження на мільярди років і пояснює всі спостережувані властивості незвичайної популяції сповільнених білих карликів.
Життєвий цикл зірок і охолодження білих карликів
Життєвий цикл зірки починається в газовій туманності, де сила тяжіння починає стягувати матерію, поки вона не збирається в такій кількості, що нове сонячне ядро починає зливати ядра водню разом і виливати світло у Всесвіт. Згодом більшість зірок вичерпують своє ядерне паливо, відкидають свої зовнішні шари в планетарну туманність і перетворюються на білих карликів розміром із Землю, в яких синтез більше не відбувається.
Через відсутність джерела палива для термоядерного синтезу очікувалося, що ці зірки просто охолонуть до кінця часу. Ці припущення про охолодження враховуються в оцінках віку білого карлика, своєю чергою впливаючи на наше розуміння формування нашого Чумацького Шляху.
Супутникові спостереження Gaia та результати досліджень
Очікування охолодження білих карликів суперечить даним спостережень із супутника Gaia Європейського космічного агентства, який у 2019 році показав, що популяція білих карликів могла, очевидно, зупинити охолодження протягом понад восьми мільярдів років, що майже вдвічі перевищує вік Землі та більша частина віку Всесвіту з моменту Великого вибуху.
Висновки Блуена та його співробітників пояснюють тривале світіння білих карликів «процесом дистиляції» (легкі кристали утворюються та спливають угору, тоді як більш щільні рідини опускаються вниз), що викликає вивільнення гравітаційної енергії. Енергія, що виділяється в результаті цього процесу, майже точно врівноважує енергію, випромінювану в космос білим карликом, роблячи його поверхневу яскравість і температуру практично постійними.
«У майбутньому, — пояснює Блуїн, — буде важливо враховувати цей механізм при використанні білих карликів як космічних годинників для вимірювання віку зірок».
Внесок Саймона Блуена
Саймон Блуен — національний науковий співробітник Канадського інституту теоретичної астрофізики (CITA), який працює в Університеті Вікторії разом з професором Фальком Гервігом. У 2019 році Блуен отримав ступінь доктора фізики в Університеті Монреаля, а потім отримав пост-докторську стипендію в Лос-Аламоській національній лабораторії США та в UVic. У його роботі використовується широкий спектр методів моделювання для покращення моделей білих карликів. Це покращує здатність фізиків і астрономів використовувати ці зірки як точні космічні годинники, які допомагають зробити висновки про історію формування зірок у нашій галактиці Чумацький Шлях.
У своєму останньому дослідженні, щойно опублікованому в Nature , Блуен і його співробітники ідентифікують механізм, який підтримує відстрочені білі карлики гарячими протягом мільярдів років, таким чином пояснюючи друге зоряне життя білих карликів.