Asi před padesáti lety astronomové předpovídali, jaký bude konečný osud našeho Slunce. Podle teorie Slunce od této chvíle vyčerpá své miliardy vodíkových paliv a expanduje, aby se stal Red Giant, následovaným tím, že zbaví vnější vrstvy a stane se bílým trpaslíkem. Po několika dalších miliardách letech ochlazování bude interiér krystalizovat a ztuhne.
Až donedávna neměli astronomové jen málo důkazů, aby tuto teorii podpořili. Ale díky ESA Observatoř Gaia„Astronomové nyní mohou pozorovat stovky tisíc bílých trpaslíků s obrovskou přesností - měřit jejich vzdálenost, jas a barvu. To jim zase umožnilo studovat, co budoucnost platí pro naše Slunce, když už není teplá, žlutá hvězda, kterou dnes známe a milujeme.
Studie, která tyto nálezy popisuje, se nedávno objevila v časopise Příroda pod názvem „Krystalizace jádra a hromadění v chladicí sekvenci vyvíjejících se bílých trpaslíků.“ Studii vedl Pier-Emmanuel Tremblay, odborný asistent na University of Warwick, a zahrnovalo několik výzkumných pracovníků z Warwickovy astronomické a astrofyzikální skupiny, Université de Montréal a University of North Carolina.
Pokud jde o hvězdný vývoj, desetiletí pozorování v kombinaci s teoretickými modely umožnily astronomům dospět k závěru, co se stane s hvězdou na základě její klasifikace. Zatímco větší hvězdy (jako modré super-obři) nakonec přecházejí do supernovy a stávají se neutronovými hvězdami nebo černými dírami, menší hvězdy, jako je naše Slunce, zbaví své vnější vrstvy, aby se staly planetárními mlhovinami, a nakonec svůj životní cyklus uzavřou jako bílý trpaslík.
Tyto ultrahusté hvězdy nadále vydávají záření, jak se chladí, což je proces, který trvá miliardy let. Jejich interiéry budou nakonec dostatečně chladné - asi 10 milionů ° C (50 milionů ° F) - takže extrémní tlak vyvíjený na jejich jádra způsobí, že tam materiál vykrystalizuje a ztuhne. Odhaduje se, že to bude osud až 97% hvězd v Mléčné dráze, zatímco zbytek se stane neutronovými hvězdami nebo černými dírami.
Protože bílí trpaslíci patří mezi nejstarší hvězdy ve vesmíru, jsou pro astronomy nesmírně užitečné. Protože jejich životní cyklus je předvídatelný, používají se jako „kosmické hodiny“ pro odhad věku skupin sousedních hvězd s vysokou mírou přesnosti. Určování toho, co se stane s bílými trpaslíky ke konci jejich životního cyklu, však bylo náročné.
Dříve byli astronomové omezeni, pokud jde o počet bílých trpaslíků, které mohli studovat. To vše se změnilo s rozmístěním Gaia, kosmická observatoř, která posledních několik let strávila přesným měřením pozic, vzdáleností a pohybů hvězd za účelem vytvoření nejpodrobnějšího trojrozměrného vesmírného katalogu, jaký kdy byl vytvořen.
Jak Pier-Emmanuel Tremblay, člen grantového štábu ERC *, uvedl v nedávné tiskové zprávě ESA:
"Dříve jsme měli vzdálenosti jen pro několik stovek bílých trpaslíků a mnoho z nich bylo ve shlucích, kde všichni mají stejný věk." S Gaiou máme nyní vzdálenost, jas a barvu stovek tisíců bílých trpaslíků pro značný vzorek na vnějším disku Mléčné dráhy, překlenující řadu počátečních hmot a všech věkových skupin. “
Pro svou studii astronomové použili data Gaia k analýze více než 15 000 hvězdných zbytkových kandidátů do 300 světelných let Země. Z tohoto vzorku dokázali identifikovat nadbytek počtu hvězd (aka. Pileup), které měly specifické barvy a jas, které neodpovídaly žádné hmotě ani věku.
Zdálo se, že toto hromadění ve srovnání s evolučními modely hvězd se kryje s vývojovou fází, kdy hvězdy ztrácí teplo ve velkém množství. Tento proces zpomaluje proces přirozeného chlazení a způsobuje, že mrtvé hvězdy přestanou stmívat, což je činí až o 2 miliardy let mladší, než ve skutečnosti jsou.
"Toto je první přímý důkaz, že bílí trpaslíci krystalizují nebo přecházejí z kapaliny k pevné látce," vysvětlil Tremblay v tiskovém prohlášení společnosti Warwick. "Před padesáti lety bylo předpovězeno, že bychom měli pozorovat hromadění počtu bílých trpaslíků při určitých jasech a barvách v důsledku krystalizace a teprve teď to bylo pozorováno."
Tento vzorec, kde svítivost nesouvisí s věkem, byl jednou z klíčových předpovědí o krystalizaci bílých trpaslíků před 50 lety. Nyní, když astronomové mají přímý důkaz tohoto procesu v práci, je pravděpodobné, že to ovlivní naše chápání toho, do čeho by měla být zahrnuta hvězdná uskupení bílých trpaslíků.
"Bílé trpaslíky se tradičně používají pro věkové datování hvězdných populací, jako jsou shluky hvězd, vnější disk a svatozář v naší Mléčné dráze," řekl Tremblay. "Nyní budeme muset vyvinout lepší krystalizační modely, abychom získali přesnější odhady stáří těchto systémů."
Například zatímco všichni bílí trpaslíci krystalizují v určitém okamžiku svého vývoje, čas, který to trvá, se liší v závislosti na hvězdě. Masivnější bílí trpaslíci rychleji vychladnou a dosáhnou teploty, při které krystalizace nastane dříve (asi za miliardu let). Menší bílí trpaslíci, což je to, čím se naše Slunce stane, může vyžadovat až šest miliard let, aby provedl stejný přechod.
"To znamená, že miliardy bílých trpaslíků v naší galaxii již tento proces dokončily a jsou v podstatě křišťálové koule na obloze," řekl Tremblay. Mezitím lze očekávat, že naše Slunce projde tímto přechodem za dalších deset miliard let. V tomto okamžiku naše Slunce opustí fázi větve Červeného obra, stane se bílým trpaslíkem a začne krystalizace.
Toto je jen poslední zjevení, které vyplynulo z Gaia mise, která posledních pět let strávila katalogizací nebeských objektů na Mléčné dráze a sousedních galaxiích. Před ukončením mise (očekává se do roku 2022) jsou naplánována další dvě vydání dat, vydání DR3 je naplánováno na rok 2021 a konečné vydání bude ještě určeno.
* Výzkum byl umožněn díky financování Evropské rady pro výzkum (ERC).
