Otwórz dowolny podręcznik astronomii do części poświęconej białym karłom, a prawdopodobnie dowiesz się, że są to „martwe gwiazdy”, które z biegiem czasu stale się ochładzają. Nowe badania opublikowane w Nature podważają tę teorię. Uniwersytet Wiktorii (UVic) i jego partnerzy wykorzystują dane z satelity Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, aby odkryć, dlaczego populacja białych karłów przestała się ochładzać na ponad osiem miliardów lat.
„Odkryliśmy, że klasyczny obraz wszystkich białych karłów jako martwych gwiazd jest niekompletny” – mówi Simon Blouin, jeden z głównych badaczy i pracownik narodowy Kanadyjskiego Instytutu Astrofizyki Teoretycznej w UVic. „Aby białe karły przestały się ochładzać, muszą mieć jakiś sposób na wygenerowanie dodatkowej energii. Nie byliśmy pewni, jak to się dzieje, ale teraz mamy wyjaśnienie tego zjawiska”.
Zrozumienie wieku i innych aspektów białych karłów pomaga naukowcom zrekonstruować proces powstawania Drogi Mlecznej. Korzystając z danych Gaia 2019, Blouin współpracował przy odkryciu z Antoine’em Bédardem z Uniwersytetu w Warwick i badaczem z Instytutu Studiów Zaawansowanych Sihao Chengiem.
Ponad 97 procent gwiazd Drogi Mlecznej ostatecznie stanie się białymi karłami. Naukowcy od dawna uważali, że życie tych gwiazd dobiega końca. Po wyczerpaniu się źródła energii jądrowej przestają wytwarzać ciepło i ochładzają się, aż gęsta plazma w ich wnętrzach zamarznie w stan stały, a gwiazda zestali się od środka. Ten proces chłodzenia może trwać miliardy lat.
Według nowego artykułu w przypadku niektórych białych karłów gęsta plazma we wnętrzu nie zamarza po prostu od środka. Zamiast tego stałe kryształy powstające podczas zamarzania są mniej gęste niż ciecz i dlatego chcą unosić się na wodzie. Gdy kryształy unoszą się w górę, wypierają cięższą ciecz w dół. Transport cięższego materiału w kierunku centrum gwiazdy uwalnia energię grawitacyjną, która wystarczy, aby przerwać proces chłodzenia gwiazdy na miliardy lat.
„Po raz pierwszy zaobserwowano ten mechanizm transportu w jakimkolwiek typie gwiazdy, co jest ekscytujące, ponieważ nie codziennie odkrywamy zupełnie nowe zjawisko astrofizyczne” – mówi Bédard, pracownik naukowy na Uniwersytecie w Warwick.
Nie jest pewne, dlaczego dzieje się tak w przypadku niektórych gwiazd, a innych nie, ale Blouin uważa, że jest to prawdopodobnie spowodowane składem gwiazdy.
„Niektóre białe karły powstają w wyniku połączenia dwóch różnych gwiazd. Kiedy te gwiazdy zderzają się, tworząc białego karła, zmienia się skład gwiazdy w sposób, który umożliwia tworzenie się pływających kryształów” – mówi Blouin.
Białe karły są rutynowo wykorzystywane jako wskaźniki wieku: im zimniejszy jest biały karzeł, tym przyjmuje się, że jest starszy. Jednakże ze względu na dodatkowe opóźnienie w chłodzeniu obserwowane u niektórych białych karłów, niektóre gwiazdy o danej temperaturze mogą być o miliardy lat starsze, niż wcześniej sądzono.
„To nowe odkrycie będzie wymagało nie tylko rewizji podręczników do astronomii, ale także ponownego przyjrzenia się procesowi, którego używają do określania wieku populacji gwiazd” – dodaje Blouin.
Badania wspierane są przez Kanadyjską Narodową Radę ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych (NSERC), program stypendiów podoktorskich Bantinga, Europejską Radę ds. Badań Naukowych i Kanadyjski Instytut Astrofizyki Teoretycznej (CITA).