Ta gwiazda zmienia się w kosmiczny diament. Zaobserwowano białego karła wchodzącego w etap krystalizacji

W tym artykule:

1. Jak kończy się życie niewielkiej gwiazdy
2. Diament z gwiezdnego jądra
3. Jak odkryto karła w fazie krystalizacji
4. Czeka nas więcej odkryć diamentowych gwiazd

Międzynarodowy zespół naukowców pod przewodnictwem Alexandra Vennera z University of Southern Queensland w Australii poinformował o odnalezieniu poczwórnego układu gwiazd. Układ znajduje się w odległości 32 parseków, czyli o 104 lata świetlne od nas. Rok świetlny określa odległość, jaką może przemierzyć światło przemieszczające się w próżni przez rok i wynosi ok. 9,5 biliona km.

Odkrycie jest o tyle ciekawe, iż astronomom udało się zaobserwować umierającą gwiazdę w chwili, gdy wkracza w erę krystalizacji. Każdej gwieździe, jaką obserwujemy na naszym firmamencie, pewnego dnia zabraknie paliwa do fuzji atomowej i wyewoluuje w coś nowego. Dla ogromnej większości gwiazd – tych o masie około ośmiu mas Słońca, łącznie ze Słońcem – tym czymś jest biały karzeł.

Jak kończy się życie niewielkiej gwiazdy

Kiedy paliwo się skończy, zewnętrzna materia gwiazdy zostaje odrzucona, a pozostałe jądro, nie wspierane już przez zewnętrzne ciśnienie dostarczane przez fuzję, zapadnie się w ultragęsty obiekt. Ma on rozmiary Księżyca lub Ziemi, lecz masę średnio 1,4 Słońca.

Materia w białych karłach jest silnie skompresowana. Jej dalszemu zapadaniu się zapobiega coś, co określa się mianem ciśnienia degeneracji elektronów. Żadne dwa elektrony nie mogą zajmować identycznych stanów. To sprawia, że biały karzeł nie staje się jeszcze gęstszy, tak jak to ma miejsce w przypadku gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury.

Białe karły są słabe, ale nadal świecą resztkowym ciepłem. Z biegiem czasu ochładzają się. Prawdopodobnie wyewoluują w coś, co nazywa się czarnym karłem. Stanie się tak, gdy stracą całe swoje ciepło i zmienią się zimną bryłę skrystalizowanego węgla.

Obliczenia sugerują, że proces ten trwa bardzo długo – około biliarda, czyli miliona miliardów lat. Obserwacja całego procesu jest niemożliwa. Jednak tym, co możemy zrobić teraz, jest identyfikacja oznak krystalizacji zaczynającej się w jądrach białych karłów, które widzimy w pobliskim kosmosie.

Diament z gwiezdnego jądra

Podczas krystalizacji atomy węgla i tlenu wewnątrz białego karła przestają poruszać się swobodnie. Tworzą wiązania, układając się w sieć krystaliczną. Podczas tego procesu uwalniana jest energia, która rozprasza się w postaci ciepła.

Powoduje to spowolnienie chłodzenia białych karłów. A to można zaobserwować w kolorze i jasności gwiazdy, dzięki czemu wydaje się ona młodsza niż jest w rzeczywistości.

Aby dokładnie ocenić jasność gwiazdy, należy wiedzieć, jak daleko od nas się znajduje. To stało się możliwe w ostatnich latach dzięki precyzyjnemu mapowaniu gwiazd, prowadzonemu przez należące do Europejskiej Agencji Kosmicznej obserwatorium kosmiczne Gaia.

Jak odkryto karła w fazie krystalizacji

Oznacza to, że możemy teraz identyfikować krystalizujące się białe karły z dużo większą pewnością. Właśnie przegląd nieba wykonany przez obserwatorium Gaia posłużył zespołowi prowadzonemu przez Vennera do odkrycia takiego białego karła.

Uczeni zauważyli, że niedawno odkryty biały karzeł jest grawitacyjnie związany z czymś, co uważano za system trzech gwiazd, nazwany HD 190412. Odkrycie białego karła, teraz nazwanego HD 190412 C, sprawiło, że układ potrójny stał się poczwórnym. Ale to nie wszystko. Charakterystyka czwartej gwiazdy sugeruje, że przechodzi ona właśnie proces krystalizacji.

Gęstość białych karłów wynosi ponad 1 milion kilogramów na metr sześcienny. Tymczasem gęstość diamentu wynosi około 3 500 kilogramów na metr sześcienny.

Czeka nas więcej odkryć diamentowych gwiazd

Pozostałe trzy gwiazdy w układzie pozwoliły zespołowi ograniczyć wiek białego karła. To coś, czego nie zrobiono wcześniej dla żadnego znanego krystalizującego się białego karła.

Wiek systemu wynosi około 7,3 miliarda lat. Wiek białego karła wydaje się wynosić około 4,2 miliarda lat. Rozbieżność wynosi 3,1 miliarda lat, co sugeruje, że tempo krystalizacji spowolniło tempo chłodzenia białego karła o około 1 miliard lat.

Po raz pierwszy zaobserwowano, jak umierająca gwiazda rozrywa i pożera planety z całego swojego układu

W atmosferze białego karła odległego o 86 lat świetlnych od Ziemi znaleziono unikatową kompozycję pierwiastków. Świadczy ona o tym, że gwiazda pochłonęła zarówno wewnętrzne planety, p...

Datowanie samo w sobie nie jest wystarczające, aby zmienić nasze modele krystalizacji białych karłów. Jednak odkrycie i bliskość karła w stosunku do Ziemi sugerują, że może istnieć o wiele więcej takich systemów, które możemy wykorzystać do zbadania tego fascynującego procesu.

– Odkrycie tego układu w odległości zaledwie 32 parseków sugeruje, że podobne do Syriusza układy zawierające krystalizujące białe karły mogą być liczne. Przyszłe odkrycia mogą zatem pozwolić na silniejsze testy modeli krystalizacji białych karłów – napisali naukowcy w podsumowaniu artykułu.

Wyniki badań zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie naukowym „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Obecnie są dostępne w serwisie preprintów arXiv.

Źródło: arXiv.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.