Białe karły są inne niż zakładali astronomowie

Naukowcom udało się zrozumieć, dlaczego niektóre białe karły w tajemniczy sposób przestają stygnąć. Zmieniło to postrzeganie tego czym są te stare gwiazdy i co się z nimi dzieje, gdy umierają.

Astronomowie uważali, że białe karły to „martwe gwiazdy”, które z upływem czasu nieustannie stygną. Jednak w 2019 r. dzięki danym z satelity Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) odkryto populację tych gwiazd, które przestały stygnąć na ponad osiem miliardów lat. Zdaniem badaczy, sugerowało to, że niektóre białe karły mogą generować znaczną dodatkową energię, co jest sprzeczne z klasycznym obrazem „martwej gwiazdy”, a astronomowie początkowo nie byli pewni, jaki mechanizm mógł się za tym kryć.

Nowe badania opublikowane w czasopiśmie Nature, prowadzone przez dr Antoine’a Bédarda z University of Warwick i dr Simona Blouina z University of Victoria, wykazały, że niektóre białe karły mogą generować znaczną ilość dodatkowej energii.

Ponad 97 proc. gwiazd w Drodze Mlecznej ostatecznie stanie się białymi karłami. Naukowcy od dawna uważają, że gwiazdy te znajdują się u kresu swojego życia. Gdy wyczerpują swoje źródło energii jądrowej, przestają wytwarzać ciepło i ochładzają się, aż gęsta plazma w ich wnętrzach zamarznie i stanie się ciałem stałym, a gwiazda w całości zastygnie. Ten proces chłodzenia może trwać miliardy lat.

Według nowych badań, w niektórych białych karłach gęsta plazma we wnętrzu nie zamarza po prostu od środka na zewnątrz. Zamiast tego stałe kryształy, które powstają po zamarznięciu, mają mniejszą gęstość niż ciecz i dlatego mogą wydobywać się na zewnątrz. Gdy kryształy unoszą się, wypierają cięższą ciecz w dół. Transport cięższego materiału w kierunku środka gwiazdy uwalnia energię grawitacyjną, która wystarcza do przerwania procesu chłodzenia gwiazdy na miliardy lat.

„To wyjaśnienie pasuje do wszystkich obserwacyjnych właściwości niezwykłej populacji białych karłów. Po raz pierwszy zaobserwowano ten mechanizm transportu w jakimkolwiek typie gwiazdy, co jest ekscytujące: nie każdego dnia odkrywamy zupełnie nowe zjawisko astrofizyczne” – mówi Antione Bédard.

Naukowcy mają hipotezę, dlaczego dzieje się tak w przypadku niektórych z tego typu gwiazd. Simon Blouin z Instytutu Astrofizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Wiktorii, wyjaśniła: „Różnica jest prawdopodobnie spowodowana składem gwiazdy. Niektóre białe karły powstają w wyniku połączenia się dwóch różnych gwiazd. Kiedy zderzają się, tworząc białego karła, zmienia to skład gwiazdy w sposób, który może umożliwić tworzenie się pływających kryształów”.

Zdaniem badaczy, to nowe odkrycie będzie wymagało nie tylko rewizji podręczników astronomii, ale także zrewidowania przez astronomów procesu, którego używają do określania wieku populacji gwiazd. Obecnie białe karły są rutynowo wykorzystywane jako wskaźniki wieku – im chłodniejszy jest biały karzeł, tym zakłada się, że jest starszy. Jednak ze względu na dodatkowe opóźnienie w chłodzeniu występujące w niektórych z nich, cześć o danej temperaturze może być o miliardy lat starsza niż wcześniej sądzono.

„Odkryty przez nas mechanizm transportu oznacza, że niektóre białe karły świecą tak jasno jak normalne gwiazdy przez miliardy lat. Komplikuje to datowanie wiekowe i wykorzystanie białych karłów do rekonstrukcji formowania się naszej galaktyki” – dodaje Bédard.

Emil Gołoś