Potvrzeno: jádro bílého trpaslíka může zkrystalizovat

Astronomové využívající astrometrickou družici s názvem Gaia, kterou provozuje Evropská kosmická agentura ESA, objevili první přímé důkazy, že hvězdy typu bílého trpaslíka vytvářejí krystalické jádro z kovového kyslíku a uhlíku. Tento proces krystalizace byl předpovězen již před více než 50 lety, avšak až do uskutečněných pozorování pomocí observatoře Gaia vědci nebyli schopni provést dostatečná pozorování bílých trpaslíků s takovou přesností, aby objevili charakteristiky odhalující tento proces.

Bílí trpaslíci jsou pozůstatky hvězd střední velikosti podobných našemu Slunci. Jakmile tyto hvězdy spálí ve svém jádru veškeré nukleární palivo, odvrhnou své vnější vrstvy do okolí a odhalí tak horké jádro, které pomalu chladne. Tyto mimořádně husté pozůstatky stále vyzařují tepelnou energii, postupně chladnou a astronomové je pozorují jako docela slabé objekty.

Vědci odhadují, že více než 97 % hvězd v naší Galaxii se nakonec změní v bílé trpaslíky, zatímco hmotné hvězdy skončí v podobě neutronových hvězd nebo černých děr.

Chladnutí bílých trpaslíků probíhá miliardy roků. Jakmile dosáhnou určité teploty, původně žhavá látka v jádru hvězdy začíná krystalizovat a stává se pevnou hmotou. Proces se podobá ději, když se kapalná voda na Zemi mění v led při nízkých teplotách.

Tým vědců z University of Warwick, jehož vedoucím byl astronom Pier-Emmanuel Tremblay, vybral 15 000 kandidátů na bílé trpaslíky, kteří se nacházeli do vzdálenosti 300 světelných roků od Země. Na základě databáze družice Gaia analyzovali údaje o svítivosti a barvě hvězd. Identifikovali hvězdy se specifickými charakteristickými barvami a svítivostmi, které neodpovídají žádné jednotné hmotnosti či stáří.

„Nalezli jsme spoustu bílých trpaslíků určitých barev a svítivostí, kteří nebyli nijak spojeni, pokud jde o jejich vývoj,“ vysvětluje Pier-Emmanuel Tremblay. „Uvědomili jsme si, že se nejednalo o odlišnou populaci bílých trpaslíků, ale o důsledek chladnutí a krystalizace předpovězené již před 50 roky.“

Teplo uvolněné v průběhu procesu krystalizace, který trvá několik miliard roků, zdánlivě pozvolna zpomaluje vývoj bílých trpaslíků; hvězdy následkem toho přestanou slábnout a vypadají o dvě miliardy roků mladší, než ve skutečnosti jsou. To má pro změnu dopad na naše chápání stáří celého hvězdného uskupení, jehož součástí jsou tito bílí trpaslíci.

„Bílí trpaslíci jsou tradičně používáni pro určování věku hvězdných populací jako jsou hvězdokupy, vnější disk a halo naší Galaxie,“ říká Pier-Emmanuel Tremblay. „Nyní budeme zdokonalovat modely krystalizace bílých trpaslíků, abychom získali mnohem přesnější odhady věku těchto soustav.“

Ne všichni bílí trpaslíci krystalizují stejnou rychlostí. Nejhmotnější z nich chladnou velmi rychle a dosáhnou teploty, při které nastane krystalizace, zhruba za miliardu roků. Bílí trpaslíci s malou hmotností – blízko očekávané hmotnosti Slunce na jeho konci života – chladnou mnohem pomaleji a potřebují až 6 miliard roků, než se jejich nitro změní v pevnou kouli.

Slunce má před sebou asi 5 miliard let života, než se stane bílým trpaslíkem a astronomové odhadují, že bude trvat ještě dalších 5 miliard roků, než nakonec vychladne a jeho jádro zkrystalizuje.

„Všichni bílí trpaslíci krystalizují na stejné etapě svého vývoje, ačkoliv mnohem hmotnější bílí trpaslíci procházejí tímto procesem dříve,“ dodává Pier-Emmanuel Tremblay. „To znamená, že miliardy bílých trpaslíků v naší Galaxii již dokončily tento proces a v podstatě existují jako krystalické koule ve vesmíru.“

Slunce se stane krystalickým bílým trpaslíkem přibližně za 10 miliard roků.

Studie byla publikována ve vědeckém časopise Nature.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/white-dwarf-crystals-06805.html; http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia/Gaia_reveals_how_Sun-like_stars_turn_solid_after_their_demise a https://scitechdaily.com/gaia-reveals-for-the-first-time-crystallization-in-white-dwarfs/

autor: František Martinek