Data z kosmické lodi ESA Gaia poprvé ukázala, jak se bílí trpaslíci, mrtvé zbytky hvězd, jako je naše Slunce, promění v pevné koule poté, co se horký plyn v nich ochladí.
Tento proces tuhnutí nebo krystalizace materiálu uvnitř bílých trpaslíků byl předpovídán před 50 lety, ale astronomové nebyli schopni pozorovat dost těchto objektů, aby viděli vzorek, který tento proces odhaluje.
"Měli jsme jen několik stovek bílých trpaslíků a mnozí z nich byli v uskupeních zhruba stejného věku," říká Pierre-Emmanuel Tremblay z University of Warwick ve Velké Británii, hlavní autor článku popisujícího výsledky.
S pomocí Gaia jsme získali více informací. Mnoho dat bylo přijato z různých objektů s různou vzdáleností, jasem a barvou. Jsou to stovky tisíc bílých trpaslíků na vnějším disku Mléčné dráhy, s různou hmotností a různým věkem.
Právě v přesném odhadu vzdálenosti k těmto hvězdám Gaia dělá průlom a umožňuje astronomům měřit jejich skutečný jas s bezprecedentní přesností.
(Hlavní fotografie ukazuje bílého trpaslíka, mrtvého zbytku hvězdy, jako je naše Slunce, s krystalizovaným pevným jádrem.)
Bílí trpaslíci jsou zbytky středně velkých hvězd podobných našemu Slunci. Poté, co tyto hvězdy spálily veškeré jaderné palivo v jejich jádru, uvolnily své vnější vrstvy a zanechaly za sebou horké jádro, které se začíná ochladit.
Tyto zbytky superdense stále emitují tepelné záření, když se ochladzují a jsou pro astronomy viditelné jako spíše slabé objekty. Odhaduje se, že až 97% hvězd v Mléčné dráze se nakonec promění v bílých trpaslíků, zatímco ty nejhmotnější se ukážou jako neutronové hvězdy nebo černé díry.
Propagační video:
Chlazení bílých trpaslíků trvá miliardy let. Jakmile dosáhnou určité teploty, začne původně horká hmota uvnitř jádra krystalizovat a stává se pevnou. Proces je podobný přeměně kapalné vody na led na Zemi při nulových teplotách, kromě toho, že teplota, při které k tomuto tuhnutí dochází u bílých trpaslíků, je extrémně vysoká -
asi 10 milionů stupňů Celsia.
V této studii astronomové analyzovali více než 15 000 kandidátních hvězdných zbytků 300 světelných let od Země. Gaia byla schopna vidět tyto krystalizující bílé trpaslíky jako zvláštní skupinu.
"Viděli jsme velké množství bílých trpaslíků různých barev a odstínů, které nejsou vzájemně propojeny, pokud jde o jejich vývoj," říká Pierre-Emmanuel.
"Uvědomili jsme si, že se nejedná o samostatnou populaci bílých trpaslíků, ale účinek chlazení a krystalizace předpovídal před 50 lety.""
Zdá se, že teplo uvolňované během tohoto procesu krystalizace, které trvá několik miliard let, zpomaluje vývoj bílých trpaslíků.
„Bílí trpaslíci se tradičně používají pro věkové datování hvězdných populací, jako jsou hvězdokupy,“vysvětluje Pierre-Emmanuel.
„Nyní musíme vyvinout lepší krystalizační modely, abychom získali přesnější odhady stáří těchto systémů."
Ne všichni bílí trpaslíci krystalizují stejnou rychlostí. Masivnější hvězdy zchladí rychleji a dosahují teplot, při kterých krystalizace nastane za asi miliardu let. Bílí trpaslíci s nižší hmotností, blíž k očekávanému konečnému stádiu Slunce, se ochladzují pomaleji a až šest miliard let se promění v mrtvé pevné koule.
Slunce má ještě asi pět miliard let, než se z něj stane bílý trpaslík, a astronomové odhadují, že bude trvat dalších pět miliard let, než se nakonec ochladí na krystalickou kouli.
„Tento výsledek podtrhuje všestrannost Gaie a jejích mnoha aplikací,“říká Timo Prusti, Project Gaia Scientist v ESA.