Noin viisikymmentä vuotta sitten, tähtitieteilijät ennustivat mitä aurinkoomme lopullinen kohtalo tulee olemaan. Teorian mukaan aurinko tyhjentää vetypolttoaineensa miljardeja vuosia tästä eteenpäin ja laajenee punaiseksi jättiläiseksi, jonka jälkeen se irtoaa ulkokerroksistaan ja tulee valkoiseksi kääpiöksi. Muutaman miljardin vuoden jäähtymisen jälkeen sisätilat kiteytyvät ja muuttuvat kiinteiksi.
Viime aikoihin asti tähtitieteilijöillä oli vähän todisteita tämän teorian tukemiseksi. Mutta ESAn ansiosta Gaian observatorio, tähtitieteilijät voivat nyt tarkkailla satoja tuhansia valkoisia kääpiötähteitä valtavalla tarkkuudella - mitata etäisyyttä, kirkkautta ja väriä. Tämä puolestaan on antanut heille mahdollisuuden tutkia, mitä tulevaisuus omistaa aurinkoomme, kun se ei ole enää se lämmin, keltainen tähti, jota tunnemme ja rakastamme tänään.
Näitä löydöksiä kuvaava tutkimus ilmestyi äskettäin päiväkirjaan luonto otsikolla ”Ydinkiteytys ja kasaantuminen kehittyvien valkoisten kääpiöiden jäähdytysjärjestyksessä”. Tutkimusta johti Warwickin yliopiston apulaisprofessori Pier-Emmanuel Tremblay, ja siihen osallistui useita tutkijoita Warwickin tähtitieteen ja astrofysiikan ryhmästä, Université de Montréalista ja Pohjois-Carolinan yliopistosta.
Tähtien evoluutiossa vuosikymmenien havainnot yhdistettynä teoreettisiin malleihin ovat antaneet tähtitieteilijöille mahdollisuuden päättää, mitä tähdelle tapahtuu sen luokituksen perusteella. Kun suuremmat tähdet (kuten siniset super-jättiläiset) lopulta menevät supernoovaksi ja muuttuvat neutronitähteiksi tai mustiksi reikiksi, pienemmät tähdet, kuten aurinkomme, irtoavat ulkokerroksistaan, jolloin niistä tulee planeettakeskuksia, ja lopulta elinkaarensa päättyy valkoiseksi kääpiöksi.
Nämä erittäin tiheät tähdet lähettävät edelleen säteilyä jäähtyessään, prosessi, joka kestää miljardeja vuosia. Loppujen lopuksi niiden sisätilat ovat riittävän viileitä - noin 10 miljoonaa ° C (50 miljoonaa ° F) - että niiden ytimiin kohdistuva äärimmäinen paine saa siellä olevan materiaalin kiteytymään ja muuttumaan kiinteäksi. On arvioitu, että tämä on jopa 97%: n tähdet Linnunradan kohdalla, kun taas muista tulee neutronitähtiä tai mustia aukkoja.
Koska valkoiset kääpiöt ovat maailmankaikkeuden vanhimpia tähtiä, ne ovat uskomattoman hyödyllisiä tähtitieteilijöille. Koska niiden elinkaari on ennustettavissa, niitä käytetään ”kosmisina kelloina” naapurimaiden tähtiryhmien ikän arvioimiseksi suurella tarkkuudella. Mutta määritellä, mitä valkoisille kääpiöille tapahtuu heidän elinkaarensa loppua kohti, on ollut haastavaa.
Aikaisemmin tähtitieteilijät olivat rajallisia tutkittaessa olevien valkoisten kääpiöiden lukumäärän suhteen. Kaikki tämä muuttui käyttöjärjestelmän käyttöönoton myötä Gaia, avaruus observatorio, joka on viettänyt viime vuosina tarkkaan tähtien sijainnin, etäisyyden ja liikkeen mittaamisen kaikkien aikojen yksityiskohtaisimman 3D-avaruusluettelon luomiseksi.
Kuten Pierce Emmanuel Tremblay, ERC * Starting Grant Fellow, ilmoitti äskettäisessä ESA: n lehdistötiedotteessa:
”Aiemmin meillä oli etäisyyksiä vain muutama sata valkoista kääpiötä ja monet heistä olivat klustereissa, joissa he ovat kaikki saman ikäisiä. Gaian kanssa meillä on nyt satojen tuhansien valkoisten kääpiöiden etäisyys, kirkkaus ja väri Linnunradan ulkolevyllä olevalle suurelle näytteelle, joka kattaa useita alkuperäisiä massoja ja kaikenlaisia ikäryhmiä. "
Tähtitieteilijät käyttivät tutkimuksessaan Gaian tietoja analysoidakseen yli 15 000 tähtien jäännös ehdokasta 300 valovuoteen maapallosta. Tästä näytteestä he pystyivät tunnistamaan ylimääräisten tähtiä (eli nippu), joissa oli erityisiä värejä ja vaaleuksia, jotka eivät vastanneet yhtäkään massaa tai ikää.
Tämä kasaantuminen verrattuna tähtiä koskeviin evoluutiomalleihin näytti vastaavan kehitysvaihetta, jossa tähdet menettävät lämpöä suurina määrinä. Tämä prosessi hidastaa luonnollista jäähdytysprosessia ja saa kuolleet tähdet lopettamaan himmennyksen, mikä tekee niistä näyttämään jopa 2 miljardia vuotta nuorempia kuin todellisuudessa.0
"Tämä on ensimmäinen suora todiste siitä, että valkoiset kääpiöt kiteytyvät tai siirtyvät nesteestä kiinteään", selitti Tremblay Warwickin lehdistötiedotteessa. "Viisikymmentä vuotta sitten ennustettiin, että meidän pitäisi tarkkailla valkoisten kääpiöiden määrän kasaantumista tietyissä kiteytymisen aiheuttamissa valoisuuksissa ja väreissä, ja vasta nyt tämä on havaittu."
Tämä kuvio, jossa valoisuus ei liity ikään, oli yksi tärkeimmistä ennusteista valkoisten kääpiöiden kiteyttämiselle 50 vuotta sitten. Nyt kun tähtitieteilijöillä on suoria todisteita tästä prosessista työssä, todennäköisesti se vaikuttaa käsitykseemme siitä, mihin tähtiryhmiin valkoiset kääpiöt tulisi sisällyttää.
"Valkoisia kääpiöitä käytetään perinteisesti tähtipopulaatioiden, kuten tähtiklustereiden, ulkolevyn ja halogeenikaupan yhteydessä Linnunradalla", sanoi Tremblay. "Meidän on nyt kehitettävä parempia kiteytysmalleja saadaksemme tarkempia arvioita näiden järjestelmien iästä."
Esimerkiksi, vaikka kaikki valkoiset kääpiöt kiteytyvät jossain vaiheessa niiden evoluutiota, vie aika, joka vaihtelee tähden mukaan. Massiivisemmat valkoiset kääpiöt jäähtyvät nopeammin ja saavuttavat lämpötilan, jossa kiteytyminen tapahtuu nopeammin (noin miljardissa vuodessa). Pienemmät valkoiset kääpiöt, mistä aurinkoomme tulee, saattavat tarvita jopa kuusi miljardia vuotta saman siirtymisen tekemiseen.
"Tämä tarkoittaa, että miljardit valkoiset kääpiöt galaksissamme ovat jo valmistuneet prosessiin ja ovat olennaisesti taivaan kristallipalloja", sanoi Tremblay. Samaan aikaan aurinkoomme voidaan odottaa läpikäyvän tämän muutoksen noin vielä kymmenessä miljardissa vuodessa. Siinä vaiheessa aurinko on poistunut Punaisen jättiläinen -haaransa vaiheesta, siitä on tullut valkoinen kääpiö ja aloittanut kiteytysprosessin.
Tämä on vain viimeisin ilmoitus, joka tulee Gaia operaatio, joka on viettänyt viimeiset viisi vuotta luettelossa taivaan esineitä Linnunradalla ja naapurimaiden galakseissa. Ennen operaation päättymistä (odotetaan tapahtuvan vuoteen 2022 mennessä), on suunniteltu vielä kaksi tietoturvajulkaisua, joiden DR3-julkaisu on suunniteltu vuodelle 2021 ja lopullinen julkaisu on vielä määriteltävä.
* Tutkimus tehtiin mahdolliseksi Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) rahoituksen ansiosta.
