Milliarder av år fra nå, når solen er i sitt endelige dødsfall (det vil si etter at den allerede har fordampet Jorden), vil heliumkjernen kollapse i seg selv og krympe seg til en tett komprimert ball av glødende gass kalt en hvit dverg .
Men mens disse stjernene gravsteinene allerede prikker vårt galaktiske landskap, er interiøret fortsatt et puslespill i fysikken - noe som ikke er noen overraskelse, gitt hvor rart de er.
Nylig har et par forskere laget en sofistikert modell for å "se på" en hvit dvergs innside. Og gjett hva? Disse kosmiske oddballene kunne skamme jordiske trøfler, ettersom de ser ut til å ha kremede sentre som er fulle av eksotiske kvantevæsker.
Den en gang stolte stjernen
Stjerner som solen vår får energien sin ved å smelte sammen hydrogen i helium dypt i kjernene. Denne energiproduksjonen kan ikke vare evig - etter hvert går det tilgjengelige hydrogenet ut og festen stopper. Men nær slutten av livet kan stjerner kort slå lysene på igjen ved å brenne helium og etterlate en inert, død kjerne av karbon og oksygen.
Men små stjerner som solen vår har ikke nok gravitasjonsmoment til å smelte sammen karbon og oksygen til noen tyngre elementer som magnesium eller jern, og slik at de dør, snur seg selv ut og frigjør atmosfærene til en vakker (eller herlighet, avhengig av din synspunkt) planetarisk tåke.
Den kjernen av karbon og oksygen forblir bak, en betydelig brøkdel av stjernens masse låst inne i en kjerne som ikke er større enn Jorden. Da astronomer først oppdaget disse merkelige objektene - nå kjent som hvite dverger - trodde de at de var umulige, med kalkulerte tettheter som steg over en milliard ganger den luften vi puster inn. Hvordan kunne noe ha så ekstrem tetthet og ikke bare kollapse under sin egen forferdelige tyngde?
Men hvite dverger er ikke umulige, og teoretisk innsikt på begynnelsen av 1900-tallet løste mysteriet om hvordan hvite dverger muligens kunne eksistere. Svaret kom i form av kvantemekanikk, og erkjennelsen av at naturen ved høye tettheter ganske enkelt er veldig rart. Når det gjelder hvite dverger, kan bare et visst antall elektroner pakkes inne. Siden disse spinnende elektronene frastøter hverandre, skaper de sammen nok trykk til å holde de døde stjernene oppe, motstå selv de nesten overveldende tyngdekreftene.
Og så stjernekroppene kan leve videre i billioner av år.
Kremfylte sentre
Mens disse tidlige beregningene viste hvordan hvite dverger kunne eksistere i vårt univers, visste astrofysikere at enkle beskrivelser ikke helt ville fange opp hva som skjer i slike eksotiske kjerner. Tross alt er dette en sakstilstand som er fullstendig utilgjengelig for laboratorier og eksperimenter her på jorden - hvem vet hvilke rare spill naturen kan komme til, dypt inne i disse døde hjertene?
Fysikere og astronomer har lurt på interiøret i hvite dverger i flere tiår nå, og i et fersk publikum som dukket opp på fortrykkstidsskriftet arXiv, har et par russiske teoretiske fysikere foreslått en ny modell av de dype kjernene i hvite dverger, hvor de detaljerte hvordan modellen deres bygger på og avviker fra tidligere arbeid, og hvordan observatører potensielt kan fortelle om deres nye modell er nøyaktig.
I denne nye modellen simulerte forskerne kjernen i den hvite dvergen som består av bare en slags tunge ladede kjerner (dette er ikke helt nøyaktig, da hvite dverger er en blanding av flere elementer som karbon og oksygen, men det er en bra nok utgangspunkt), med disse partiklene nedsenket i en tykk suppe med elektron.
Dette oppsettet antar at hvite dverger er varme nok til å ha flytende interiør, noe som er en rimelig antagelse, gitt at når de er født (eller rettere sagt, når de endelig blir utsatt etter døden til vertsstjernene), har de temperaturer godt i overkant av en million grader kelvin.
De ytterste lagene av en hvit dverg blir utsatt for det frise miljøet i et rent vakuum, slik at hydrogen kan slå seg ned på overflaten, noe som gir dem en lett, tynn atmosfære. Og over ekstreme tider kjøler det seg hvite dverger og danner etter hvert en gigantisk krystall, men det er lenge nok unna at for det meste er hvite dverger fylt med en eksotisk kvantevæske av karbon og oksygen, så modellen som ble brukt i denne studien er relativt nøyaktig i en stor brøkdel av levetiden til en hvit dverg.
Signaturflater
Siden hvit dverg tarmer representerer et av de mest uvanlige miljøene i universet, kunne studere dem avsløre noen dype egenskaper ved kvantemekanikk under ekstreme forhold. Men siden forskere aldri kan håpe å tauet i en hvit dverg i nærheten for å få den inn for en viviseksjon, hvordan kan vi muligens se under panseret?
Forskerne av den nye modellen viste hvordan lyset som gis av hvite dverger kan være forskjellig. Hvite dverger genererer ikke varme på egen hånd; deres intense temperaturer er et resultat av det ekstreme tyngdekravet de møtte da de var inne i stjerner. Men når deres vertsstjerne blåser bort og de er utsatt for verdensrommet, gløder de intenst - de første tusen årene etter deres store avsløring, er de så varme at de avgir røntgenstråling.
Men kjøl ned, de gjør det, så sakte, og lekker bort varmen som stråling ut i rommet. Og vi har sett hvite dverger lenge nok til at vi kan se dem avkjøle i løpet av år og tiår. Hvor raskt de avkjøles avhenger av hvor effektivt deres fangede varme kan slippe ut til overflatene deres - noe som igjen avhenger av den nøyaktige arten av tarmen deres.
En annen funksjon forskerne viste at kunne brukes til å søke i hvite dverger, er deres aldri så svingete vingling. Akin til hvordan seismografi brukes til å studere kjernen av jorden, endrer sminke og karakter av en hvit dverg hvordan vibrasjoner vil vise seg på overflaten.
Til slutt kan vi bruke bestander av hvite dverger for å få et hint om interiøret, siden forholdet mellom massene og størrelsene deres avhenger av de nøyaktige kvantemekaniske forholdene som styrer interiøret.
Spesielt antyder den nye forskningen at de fleste hvite dverger burde kjøle seg raskere enn vi pleide å tro, vibrere litt sjeldnere enn eldre modeller antyder og være litt større enn forventet enn om vi ikke tok hensyn til denne mer realistiske modellen. Nå er det opp til astronomene å gjøre presise nok målinger for å se om vi virkelig forstår disse eksotiske miljøene, eller om vi trenger å ta en ny sprekk på det.
- 8 måter du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv
- 11 Fascinerende fakta om Melkeveis galaksen
- De 11 største ubesvarte spørsmålene om Dark Matter
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vert av Spør en Spaceman og Space Radio, og forfatter av Din plass i universet.
