Asi pred 50 rokmi astronómovia predpovedali, aký bude konečný osud nášho Slnka. Podľa teórie bude slnko odteraz vyčerpávať svoje vodíkové palivo miliardy rokov a expandovať, aby sa stalo Red Giant, nasledoval tým, že zbaví vonkajších vrstiev a stane sa bielym trpaslíkom. Po niekoľkých ďalších miliardách rokoch chladenia bude interiér kryštalizovať a stane sa tuhým.
Až donedávna mali astronómovia málo dôkazov na podporu tejto teórie. Ale vďaka ESA Observatórium Gaia„Astronómovia teraz dokážu pozorovať stovky tisíc bielych trpaslíkov s obrovskou presnosťou - merajú ich vzdialenosť, jas a farbu. Toto im zase umožnilo študovať, čo má budúcnosť pre naše Slnko, keď už nie je teplá žltá hviezda, ktorú dnes poznáme a milujeme.
Štúdia, ktorá popisuje tieto zistenia, sa nedávno objavila v časopise príroda pod názvom „Kryštalizácia jadra a hromadenie v chladiacej postupnosti vyvíjajúcich sa bielych trpaslíkov.“ Štúdiu viedli Pier-Emmanuel Tremblay, odborný asistent na Univerzite vo Warwicku, do ktorého boli zahrnutí viacerí vedci z Warwickovej astronomickej a astrofyzickej skupiny, Université de Montréal a University of North Carolina.
Pokiaľ ide o hviezdny vývoj, desaťročia pozorovaní kombinované s teoretickými modelmi umožnili astronómom dospieť k záveru, čo sa stane s hviezdou na základe jej klasifikácie. Zatiaľ čo väčšie hviezdy (ako modré super giganty) nakoniec idú do supernovy a stanú sa neutrónovými alebo čiernymi dierami, menšie hviezdy, ako je naše Slnko, zbavia svoje vonkajšie vrstvy, aby sa stali planetárnymi hmlovinami, a nakoniec uzavrú svoj životný cyklus ako biely trpaslík.
Tieto ultrahusté hviezdy naďalej vyžarujú žiarenie, keď ochladzujú, čo je proces, ktorý trvá miliardy rokov. Ich interiér bude nakoniec dostatočne chladný - približne 10 miliónov ° C (50 miliónov ° F) - aby extrémny tlak vyvíjaný na ich jadrá spôsobil kryštalizáciu materiálu a jeho tuhnutie. Odhaduje sa, že to bude osud až 97% hviezd Mliečnej dráhy, zatiaľ čo zvyšok sa stane neutrónovými hviezdami alebo čiernymi dierami.
Keďže bieli trpaslíci patria medzi najstaršie hviezdy vo vesmíre, sú pre astronómov nesmierne užitočné. Pretože ich životný cyklus je predvídateľný, používajú sa ako „kozmické hodiny“ na odhad veku skupín susedných hviezd s vysokou mierou presnosti. Určenie toho, čo sa s bielymi trpaslíkmi stane na konci ich životného cyklu, bolo náročné.
Predtým boli astronómovia obmedzení, pokiaľ ide o počet bielych trpaslíkov, ktorých mohli študovať. To všetko sa zmenilo s nasadením Gaia, vesmírne observatórium, ktoré strávilo posledných niekoľko rokov presným meraním pozícií, vzdialeností a pohybov hviezd za účelom vytvorenia najpodrobnejšieho 3D katalógu vesmíru, aký bol kedy vyrobený.
Ako Pier-Emmanuel Tremblay, člen grantovej agentúry ERC * Starting Grant Fellow, uviedol v nedávnej tlačovej správe ESA:
„Predtým sme mali vzdialenosti iba pre niekoľko stoviek bielych trpaslíkov a mnohí z nich boli v zhlukoch, kde všetci mali rovnaký vek. S Gaiou máme teraz vzdialenosť, jas a farbu stoviek tisícov bielych trpaslíkov pre značnú vzorku na vonkajšom disku Mliečnej dráhy, pokrývajúcu celý rad počiatočných hmotností a všetkých vekových skupín. “
Astronómovia na svoju štúdiu použili údaje Gaia na analýzu viac ako 15 000 hviezdnych zvyšných kandidátov do 300 svetelných rokov Zeme. Z tejto vzorky dokázali zistiť nadbytok počtu hviezd (aka. Pileup), ktoré mali špecifické farby a jas, ktoré nezodpovedali žiadnej jednotlivej hmote ani veku.
Zdá sa, že toto hromadenie v porovnaní s vývojovými modelmi hviezd sa časovo zhoduje s vývojovou fázou, keď hviezdy strácajú teplo vo veľkých množstvách. Tento proces spomaľuje proces prirodzeného chladenia a spôsobuje, že mŕtve hviezdy prestávajú stlmovať, čo spôsobuje, že sa objavia až o 2 miliardy rokov mladšie, ako sú v skutočnosti.
"Toto je prvý priamy dôkaz, že bieli trpaslíci kryštalizujú alebo prechádzajú z kvapaliny na pevnú látku," vysvetlil Tremblay v tlačovom vyhlásení spoločnosti Warwick. "Pred päťdesiatimi rokmi sa predpovedalo, že by sme mali pozorovať hromadenie počtu bielych trpaslíkov pri určitých jasoch a farbách kvôli kryštalizácii a až teraz sa to pozorovalo."
Tento vzorec, kde svietivosť nesúvisí s vekom, bol jedným z kľúčových predpokladov týkajúcich sa kryštalizácie bielych trpaslíkov pred 50 rokmi. Teraz, keď majú astronómovia priamy dôkaz o tomto procese v práci, je pravdepodobné, že to ovplyvní naše chápanie toho, do ktorých hviezdnych zoskupení by mali byť zahrnutí bieli trpaslíci.
„Bieli trpaslíci sa tradične používajú na randenie s hviezdnymi populáciami, ako sú zhluky hviezd, vonkajší disk a halo v našej Mliečnej dráhe,“ povedal Tremblay. "Teraz budeme musieť vyvinúť lepšie kryštalizačné modely, aby sme získali presnejšie odhady veku týchto systémov."
Napríklad, zatiaľ čo všetci bieli trpaslíci budú kryštalizovať v určitom okamihu ich vývoja, čas, ktorý je potrebný, sa líši v závislosti od hviezdy. Masívnejšie biele trpaslíky ochladzujú rýchlejšie a dosiahnu teplotu, pri ktorej kryštalizácia nastane skôr (asi za jednu miliardu rokov). Menší bieli trpaslíci, čo sa stane naším Slnkom, si môžu vyžadovať rovnaký prechod až šesť miliárd rokov.
"To znamená, že miliardy bielych trpaslíkov v našej galaxii už tento proces dokončili a sú v podstate kryštálovými guľami na oblohe," uviedol Tremblay. Medzitým sa dá očakávať, že naše Slnko prejde týmto prechodom asi za ďalších desať miliárd rokov. V tom okamihu naše Slnko opustí fázu vetvy Červeného obrova, stane sa bielym trpaslíkom a začne proces kryštalizácie.
Toto je len posledné odhalenie, ktoré pochádza z Gaia misia, ktorá strávila posledných päť rokov katalogizáciou nebeských objektov v Mliečnej dráhe a susedných galaxiách. Pred ukončením misie (očakáva sa, že k nej dôjde do roku 2022) sú naplánované ďalšie dve vydania údajov, pričom vydanie DR3 je naplánované na rok 2021 a konečné vydanie bude ešte stanovené.
* Výskum bol možný vďaka financovaniu Európskou radou pre výskum (ERC).
