For rundt femti år siden spådde astronomer hva den endelige skjebnen til vår sol vil være. I følge teorien vil solen ta ut hydrogenbrensel i milliarder av år fra nå og utvide seg til å bli en rød kjempe, etterfulgt av at den kaster ut de ytre lagene og blir en hvit dverg. Etter noen flere milliarder år med avkjøling, vil interiøret krystallisere og bli solid.
Inntil nylig hadde astronomer lite bevis for å sikkerhetskopiere denne teorien. Men takk til ESA-ene Gaia observatorium, astronomer er nå i stand til å observere hundretusener av hvite dvergstjerner med enorm presisjon - måle deres avstand, lysstyrke og farge. Dette igjen har gjort det mulig for dem å studere hva fremtiden har for vår sol når den ikke lenger er den varme, gule stjernen som vi kjenner og elsker i dag.
Studien som beskriver disse funnene nylig ble vist i journalen Natur under tittelen "Kjernekrystallisering og stabling i avkjølingssekvensen for utviklende hvite dverger." Studien ble ledet av Pier-Emmanuel Tremblay, assistentprofessor ved University of Warwick, og inkluderte flere forskere fra Warwicks Astronomy and Astrophysics-gruppe, Université de Montréal og University of North Carolina.
Når det gjelder den stjerneutviklingen, har flere tiår med observasjoner kombinert med teoretiske modeller gjort det mulig for astronomer å konkludere hva som vil skje med en stjerne basert på klassifiseringen. Mens større stjerner (som blå supergiganter) til slutt går supernova og blir nøytronstjerner eller sorte hull, vil mindre stjerner som sola vår kaste sine ytre lag for å bli planetens tåke, og til slutt avslutte livssyklusen deres som en hvit dverg.
Disse ultratette stjernene fortsetter å avgi stråling når de kjøler seg, en prosess som varer milliarder av år. Etter hvert vil interiøret være kult nok - omtrent 10 millioner ° C (50 millioner ° F) - til at det ekstreme trykket som utøves på kjernene deres vil føre til at materialet der krystalliserer seg og blir solid. Det anslås at dette vil være skjebnen til opptil 97% av stjernene i Melkeveien, mens resten blir nøytronstjerner eller sorte hull.
Siden hvite dverger er blant de eldste stjernene i universet, er de utrolig nyttige for astronomer. Siden deres livssyklus er forutsigbar, brukes de som "kosmiske klokker" for å estimere alderen på grupper av nabostjerner med høy grad av nøyaktighet. Men å bestemme hva som skjer med hvite dverger mot slutten av livssyklusen har vært utfordrende.
Tidligere var astronomer begrenset når det gjaldt antall hvite dverger de kunne studere. Alt dette endret seg med distribusjonen av Gaia, et romobservatorium som har brukt de siste årene nøyaktig på å måle posisjonene, avstandene og bevegelsene til stjerner for å lage den mest detaljerte 3D-romkatalogen som noensinne er laget.
Som Pier-Emmanuel Tremblay, en ERC * Starting Grant Fellow, indikerte i en fersk pressemelding fra ESA:
“Tidligere hadde vi avstander for bare noen få hundre hvite dverger, og mange av dem var i klynger, der de alle har samme alder. Med Gaia har vi nå avstand, lysstyrke og farge på hundretusener av hvite dverger for en betydelig prøve på ytre skive av Melkeveien, som spenner over et utvalg av begynnende masser og alle aldre. "
For sin studie brukte astronomene Gaia-data for å analysere mer enn 15 000 stjernekandidatkandidater innen 300 lysår fra Jorden. Fra denne prøven klarte de å identifisere et overskudd i antall stjerner (også kjent som en pileup) som hadde spesifikke farger og lysstyrker som ikke samsvarer med noen enkelt masse eller alder.
En gang sammenlignet med evolusjonsmodeller av stjerner, syntes denne sammenhengen sammenfallende med utviklingsstadiet der stjerner mister varmen i store mengder. Denne prosessen bremser den naturlige avkjølingsprosessen og får de døde stjernene til å slutte å dimme, noe som får dem til å virke opptil 2 milliarder år yngre enn de faktisk er.0
"Dette er det første direkte beviset på at hvite dverger krystalliserer, eller overgangen fra væske til fast stoff," forklarte Tremblay i en pressemelding fra Warwick. "Det ble spådd for femti år siden at vi skulle observere en opphopning i antall hvite dverger ved visse lysstyrker og farger på grunn av krystallisering, og først nå er dette blitt observert."
Dette mønsteret, hvor lysstyrke ikke henger sammen med alder, var en av de viktigste spådommene som ble gjort om krystallisering av hvite dverger for 50 år siden. Nå som astronomer har direkte bevis på denne prosessen på jobb, vil det sannsynligvis påvirke vår forståelse av hvilke stjernegrupper hvite dverger skal inkluderes i.
"Hvite dverger brukes tradisjonelt til aldersdating av stjernebestanden som klynger av stjerner, den ytre platen og glorie i Melkeveien vår," sa Tremblay. "Vi må nå utvikle bedre krystalliseringsmodeller for å få mer nøyaktige estimater av alderen til disse systemene."
For eksempel, mens alle hvite dverger vil utkrystallisere seg på et tidspunkt i evolusjonen, varierer tiden det tar basert på stjernen. Mer massive hvite dverger kjøler seg raskere ned og når temperaturen hvor krystallisering skjer tidligere (om en milliard år). Mindre hvite dverger, som er hva vår sol vil bli, kan kreve så mye som seks milliarder år å gjøre den samme overgangen.
"Dette betyr at milliarder av hvite dverger i galaksen vår allerede har fullført prosessen og egentlig er krystallkuler på himmelen," sa Tremblay. I mellomtiden kan solen vår forventes å gjennomgå denne overgangen om cirka ti milliarder år. På det tidspunktet vil vår sol ha forlatt sin røde kjempefase, blitt en hvit dverg og begynt prosessen med krystallisering.
Dette er bare den siste avsløringen som kommer fra Gaia misjon, som har brukt de siste fem årene på å katalogisere himmelobjekter i Melkeveien og nærliggende galakser. Før oppdraget avsluttes (forventet å skje innen 2022), planlegges ytterligere to datautgivelser, med DR3-utgivelsen planlagt i 2021 og den endelige utgivelsen fremdeles å være bestemt.
* Forskningen ble muliggjort takket være finansiering fra European Research Council (ERC).
