Плавучі кристали зупинили замерзання білих карликів

Білі карлики виявилися не такими вже «мертвими», як вважають. Вчені пояснили, чому деякі з цих зірок перестають «затвердіти» і звідки в них береться енергія на те, щоб рівно світити протягом мільярдів років.

2019 року астрономи побудували діаграму Герцшпрунга — Рассела за даними огляду «Гайя». Ця діаграма ілюструє співвідношення світності зірок з їх спектральним класом та між іншими величинами. Головне, що у ній добре видно гілки-класи зірок. І ось у лінії білих карликів вчені помітили незвичайне «скупчення», яке вони назвали Q-гілкою. Вона розташовувалась там, де мають бути масивні білі карлики, які перебувають у процесі охолодження. Але аналіз показав, що від п’яти до дев’яти відсотків із цього «скупчення» насправді дуже старі; просто вони не остигають уже протягом як мінімум восьми мільярдів років. Нарешті, вчені пояснили, як цим зіркам вдалося зупинити свою «смерть».

У стандартній моделі охолодження білого карлика його кристалізація йде зсередини назовні. «Мертва» зірка, що втратила свій термоядерний ресурс, починає охолоджуватися, плазма в її надрах кристалізується. При цьому виділяється помітна кількість тепла та енергії. Вони, звісно, ​​уповільнюють процес охолодження, але не здатні зупинити його на мільярди років.

За розрахунками астрофізиків, у більшості масивних білих карликів ядро ​​має складатися з кисню та неону. Їхнє охолодження протікає за стандартним сценарієм. І все ж у деяких злиттів подвійних зірок повинні формуватися масивні білі карлики з вуглець-кисневим ядром і великою кількістю домішок, багатих на нейтрони. Наприклад, неоном-22.

Як з’ясували автори нового дослідження, опублікованого в Nature, при такому складі процес затвердіння перетворюється на дистиляцію.

У масивних білих карликах з домішками формуються плавучі кристали. Вони рухаються «вгору», в той час, як більш важка, насичена неоном-22 рідина зміщується вниз. За оцінкою авторів, насиченість неоном-22 зростає з трьох відсотків до 30 відсотків маси. Автори використовували неон-22 як «представник» всіх насичених нейтронами молекул.

Як наслідок збільшується маса ядра (щільність зростає приблизно на вісім відсотків), білий карлик злегка стискається (радіус зменшується на один відсоток), за рахунок чого виділяється додаткова енергія. Саме вона гальмує охолодження. За розрахунками, залежно від маси білого карлика, воно зупиняється на 7-13 мільярдів років. Чим більша маса, тим коротше «зупинка», тому що процес протікає швидше і енергія виділяється швидше.

Автори роботи змоделювали еволюцію масивних білих карликів, серед яких більшість були «звичайними», а від п’яти до дев’яти відсотків — зі складом, який підходить для формування плавучих кристалів. Результати вперше точно збіглися за положенням та шириною з Q-гілкою в даних «Гайя».

«Це відкриття вимагатиме перегляду не лише підручників з астрономії, а й методів оцінки віку зіркових популяцій», — зазначив Саймон Блуїн (Simon Blouin), співавтор нової роботи з Університету Вікторії (Канада).

Виходить, що протягом мільярдів років такі білі карлики світяться, так само як і нормальні. Значить, вони можуть бути значно старшими, ніж виглядають. Адже саме за віком зірок вчені визначають вік скупчень та відновлюють історії їх формування. У тому числі і наша галактика Чумацький Шлях.

Популяція таких білих карликів все ж таки не настільки велика. Тому не варто чекати на суттєві переоцінки. Звичайно, астрономи тепер враховуватимуть їхнє існування.