Когда-нибудь - возможно, через миллиарды лет - наше солнце умрет. Однако, что именно происходит с солнцем в конце его долгой жизни, уже давно обсуждается. Новые наблюдения, о которых сообщалось в исследовании в журнале Nature, показывают, что большинство звезд, включая Солнце, вероятно, превратятся в гигантские космические кристаллы размером с Землю, которые отметят место, где когда-то была наша солнечная система.
Данные получены из космического телескопа Gaia Европейского космического агентства, который внимательно изучил цвет и яркость 15 000 остатков звезд, известных как белые карлики, на расстоянии около 300 световых лет от Земли. Пятьдесят лет назад астрономы впервые предсказали, что в конце жизни белого карлика он достаточно охладится, чтобы перейти от жидкости к твердому веществу и кристаллизоваться, но у них не было никаких доказательств. Это новое исследование дает первое наблюдательное свидетельство того, что остатки звезды действительно охлаждаются в космические диско-шары.
На самом деле, ведущий автор и астроном Пир-Эммануэль Тремблей из Университета Уорика говорит Деборе Нетберн в The Los Angeles Times, что большинство звезд в известной вселенной в конечном итоге кристаллизуются.
«Через десятки миллиардов лет Вселенная будет состоять в основном из плотных кристаллических сфер», - говорит он. «В будущем эти объекты будут полностью доминирующими».
Итак, что такое белый карлик? По сути, это один из последних этапов жизни звезды. Звезды среднего размера подпитывают свое существование, сливая водород в гелий в своих перегретых ядрах. Энергия и давление, высвобождаемые в результате этих ядерных реакций, генерируют тепло и внешнее давление для поддержания стабильности звезды. В конечном счете, однако, звезды малого и среднего размера, определяемые как что-либо, имеющее массу, которая примерно в 8 раз превышает массу нашего Солнца, превратят большую часть своего водорода в гелий. Давление от этих реакций не сможет преодолеть силу гравитации от ядра звезды. Звезда затем начнет коллапсировать сама по себе, затем снова начнет нагреваться и начнет сливать свой последний оставшийся водород вне ядра в горящую оболочку, которая заставляет звезду массово расширяться в красный гигант. Это станет достаточно горячим, чтобы сплавить ядро гелия с более тяжелыми элементами - кислородом и углеродом. После этого он взорвется от своих внешних слоев, и останется белый карлик или отработанное ядро звезды, которое будет медленно охлаждаться в течение нескольких миллиардов лет.
По словам Нетберна, если белые карлики просто со временем остынут и не превратятся в кристаллы, звезды изменят цвет и потеряют яркость плавным, предсказуемым путем, превращаясь из синего в оранжевый в красный по мере охлаждения.
Но данные телескопа Gaia показали, что многие белые карлики перестали охлаждаться в течение миллионов, а иногда и миллиардов лет вместо того, чтобы следовать этому предсказуемому пути и вместо этого высвобождать энергию. Наиболее разумным объяснением является то, что в течение этого периода времени белый карлик кристаллизуется, процесс, который выделяет энергию.
«Мы видели кучу белых карликов определенного цвета и яркости, которые иначе не были бы связаны друг с другом с точки зрения их эволюции», - говорит Пьер-Эммануэль в пресс-релизе. «Мы поняли, что это была не особая популяция белых карликов, а эффект охлаждения и кристаллизации, предсказанный 50 лет назад».
Некоторые исследователи полагали, что если бы белые карлики действительно кристаллизовались, то энергия, выделяемая этим процессом, была бы слишком мала, чтобы астрономы могли ее обнаружить. Но это не так, и энергия, выделяемая в процессе, находится на верхнем уровне предсказаний. В другом пресс-релизе Тремблей говорит, что, скорее всего, это связано с составом гномов.
«У нас есть не только свидетельство выделения тепла при затвердевании, но для объяснения наблюдений требуется значительно больше выделения энергии. Мы считаем, что это происходит из-за того, что кислород сначала кристаллизуется, а затем погружается в ядро, процесс, похожий на осаждение в русле реки на Земле », - говорит он. «Это подтолкнет углерод вверх, и это разделение выпустит гравитационную энергию».
Зная, что эти звезды становятся кристаллическими сферами, довольно интересно, но для астрономов это имеет практические последствия. Поскольку белые карлики, как было известно, охлаждались с постоянной скоростью, они часто используются для датировки звездных скоплений. Но скорость кристаллизации белого карлика зависит от его массы: более крупные звезды проходят процесс кристаллизации через один миллиард лет, в то время как меньшим звездам может потребоваться миллиарды лет, чтобы начать кристаллизацию. Исследователи говорят, что им нужно создать лучшие модели того, как эти звезды кристаллизуются, чтобы использовать их для лучшего датирования звездных скоплений.
У Земли еще есть время, прежде чем Солнце превратится в огромную астро-люстру. По оценкам, пройдет около 5 миллиардов лет, прежде чем он сгорит через свое топливо и станет белым карликом, и потребуется еще 5 миллиардов лет, чтобы остыть и кристаллизоваться.
