Данные, полученные космическим кораблем ЕКА Gaia, впервые показали, как белые карлики, мертвые остатки звезд, таких как наше Солнце, превращаются в твердые сферы, после того, как горячий газ внутри них остывает.

Этот процесс затвердевания или кристаллизации материала внутри белых карликов был предсказан еще 50 лет назад, но астрономы не могли наблюдать достаточное количество этих объектов, чтобы увидеть образец, раскрывающий этот процесс.

“Раньше у нас было всего несколько сотен белых карликов и многие из них были в кластерах, имеющих примерно одинаковые возраст”, — говорит Пьер-Эммануэль Трамбле из Уорикского университета, Великобритания, ведущий автор статьи, описывающей результаты.

С помощью Gaia мы получили больше информации. Было получено множество данных от разных объектов имеющих разное расстояние, яркость и цвет. Это сотни тысяч белых карликов в наружном диске Млечного Пути, с разными массами и разного возраста.

Именно в точной оценке расстояния до этих звезд Гайя делает прорыв, позволяя астрономам измерить их истинную яркость с беспрецедентной точностью.

(На главном фото иллюстрация белого карлика, мертвого остатка звезды, как наше Солнце, с кристаллизованным твердым ядром.)

Белые карлики — это остатки средних звезд, похожих на наше Солнце. После того, как эти звезды сожгли все ядерное топливо в своем ядре, они выпустили свои внешние слои, оставив после себя горячее ядро, которое начинает охлаждаться.

Эти сверхплотные остатки все еще излучают тепловое излучение, поскольку они охлаждаются и видны астрономам как довольно слабые объекты. По оценкам, до 97% звезд в Млечном пути со временем превратятся в белых карликов, в то время как наиболее массивные из них окажутся нейтронными звездами или черными дырами.

Охлаждение белых карликов длится миллиарды лет. Как только они достигают определенной температуры, первоначально горячая материя внутри ядра звезды начинает кристаллизоваться, становясь твердой. Процесс похож на превращение жидкой воды в лед на Земле при нулевых температурах, за исключением того, что температура, при которой это затвердевание происходит в белых карликах, чрезвычайно высока — около 10 миллионов градусов по Цельсию.

В этом исследовании, астрономы проанализировали более 15 000 звездных остатков кандидатов на расстоянии в 300 световых лет от Земли. Gaia смог увидеть эти кристаллизующиеся белые карлики как отдельную группу.

”Мы увидели большое количество белых карликов разных цветов и оттенков, которые не были связаны друг с другом с точки зрения их эволюции”, — говорит Пьер-Эммануил.

”Мы поняли, что это не отдельная популяция белых карликов, а эффект охлаждения и кристаллизации, предсказанный 50 лет назад.”

Тепло, выделяемое во время этого процесса кристаллизации, который длится несколько миллиардов лет, по-видимому, замедляет эволюцию белых карликов.

«Белые карлики традиционно используются для возрастного датирования звездных популяций, таких как скопления звезд”, — объясняет Пьер-Эммануил.

«Теперь нам нужно будет разработать лучшие модели кристаллизации, чтобы получить более точные оценки возраста этих систем.”

Не все белые карлики кристаллизуются в одном темпе. Более массивные звезды остывают быстрее и достигают температуры, при которой кристаллизация происходит примерно через миллиард лет. Белые карлики с более низкими массами, ближе к ожидаемой конечной стадии Солнца, охлаждаются медленнее, требуя до шести миллиардов лет, чтобы превратиться в мертвые твердые сферы.

У Солнца еще есть около пяти миллиардов лет, прежде чем он станет белым карликом, и астрономы считают, что потребуется еще пять миллиардов лет после этого, чтобы в конечном итоге остыть до кристаллической сферы.

«Этот результат подчеркивает универсальность Gaia и ее многочисленные применения», — говорит Тимо Прусти, ученый проекта Gaia в ESA.