Білий карлик вступає в еру кристалізації, перетворюючись на «космічний алмаз»

Уявімо, що зірки можуть нагадувати чарівні, ограновані дорогоцінні камені, які мерехтять на тлі темного, бархатистого неба під час ночі. І наші припущення могли б мати підстави.

Науковці виявили, що коли певний тип зірки промерзає, вона поступово стає твердою і перетворюється на кристал. Відкрито один такий об’єкт просто у нашому космічному сусідстві – білий карлик, в основному складений з вуглецю та металевого кисню, розташований лише за 104 світлових роки від нас. Температурно-масовий профіль цієї зірки свідчить про те, що в центрі зірки відбувається процес перетворення у щільний, твердий космічний алмаз, що складається з кристалізованого вуглецю та кисню.

Деталі цього захоплюючого відкриття описані в статті, яка була прийнята до публікації в щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства і доступна на веб-сайті препринтів arXiv.

«У цій роботі ми представляємо відкриття нової чотирикратної системи, подібної до Сіріуса, на відстані 32 парсека, що складається з кристалізованого білого карлика, супутника раніше відомого потрійного HD 190412», — пише міжнародна група астрономів під керівництвом Олександра Веннера з університету . Південний Квінсленд в Австралії.

«Завдяки зв’язку з цими головними супутниками послідовності, це перший білий карлик, що кристалізується, загальний вік якого може бути зовнішньо обмежений, і ми використовуємо цей факт, намагаючись емпірично виміряти затримку охолодження, спричинену кристалізацією ядра білого карлика. .”

Все у Всесвіті повинно змінитися. Кожна зірка, що висить на небосхилі, яскраво сяючи світлом, створеним атомним синтезом, одного дня закінчиться паливом для свого вогню та перетвориться на щось нове.

Для переважної більшості зірок – тих, які приблизно у вісім разів менші за масу Сонця, включно з Сонцем – це щось є білим карликом.

Коли паливо закінчується, зовнішній матеріал зірки викидається в навколишній простір, а ядро, що залишилося, більше не підтримується зовнішнім тиском, створюваним термоядерним синтезом, зруйнується в надщільний об’єкт розміром із Землю (або Місяць) . !), але має таку ж масу, як 1,4 Сонця.

Матерія в білих карликових зірках сильно стиснута, але її подальшому колапсу заважає щось, що називається тиском виродження електронів. Немає двох електронів, які можуть займати ідентичні стани, і це не дає білому карлику стати ще щільнішим, як у нейтронній зірці чи чорній дірі .

Зірки білого карлика тьмяні, але вони все ще сяють із залишковим теплом. З часом вони охолоджуються й, як очікується, еволюціонують у щось, що називається чорними карликами, коли втрачають усе своє тепло і перетворюються на холодну грудку кристалізованого вуглецю.

Розрахунки показують, що цей процес займає дуже багато часу, близько квадрильйона років (це мільйон мільярдів років); Оскільки Всесвіту лише близько 13,8 мільярдів років, ми не очікуємо, що знайдемо його найближчим часом.

Що ми можемо зробити, так це визначити ознаки кристалізації, що починаються в ядрах білих карликів, які ми бачимо навколо нас.

Під час кристалізації атоми вуглецю та кисню всередині білого карлика перестають вільно рухатися й утворюють зв’язки, організовуючи себе в кристалічну решітку. Під час цього процесу виділяється енергія, яка розсіюється у вигляді тепла.

Це створює певне плато або уповільнення охолодження білих карликів, що можна спостерігати за кольором і яскравістю зірки, через що вона виглядає молодшою, ніж вона є насправді.

Щоб точно оцінити яскравість зірки, вам потрібно точно знати, наскільки далеко вона знаходиться, що стало набагато можливим останніми роками завдяки високоточному картографуванню зірок, проведеному місією Gaia.

Це означає, що тепер ми можемо ідентифікувати білих карликів, що кристалізуються, з набагато більшою впевненістю.

Веннер і його колеги використовували дані Gaia для пошуку кількох зоряних систем, ідентифікуючи зірки, зв’язок яких з іншими міг бути неясним.

І вони виявили, що нещодавно відкрита біла карликова зірка (пам’ятайте, що ці речі дуже тьмяні) була гравітаційно пов’язана з тим, що вважалося системою з трьох зірок під назвою HD 190412.

Відкриття білого карлика, який тепер називається HD 190412 C, перетворило триплет на четвірку, але відбувалося щось більше. Його властивості свідчать про те, що він проходить процес кристалізації.

Невідомо, чи є кристал білого карлика алмазом чи ні; Щільність білих карликів становить близько 1 мільйона кілограмів на кубічний метр, тоді як щільність алмазу становить близько 3500 кілограмів на кубічний метр. Існують більш щільні алотропи вуглецю; з іншого боку, там у космосі плаває багато алмазів .

Інші три зірки в системі дозволили команді зовнішньо обмежити вік білого карлика – те, чого раніше не робили для відомого білого карлика, що кристалізується.

Вік системи становить близько 7,3 мільярдів років. Вік білого карлика становить приблизно 4,2 мільярда років. Розбіжність становить 3,1 мільярда років, що свідчить про те, що швидкість кристалізації сповільнила швидкість охолодження білого карлика приблизно на 1 мільярд років, кажуть дослідники.

Само по собі датування недостатньо, щоб змінити наші моделі кристалізації білого карлика, але відкриття та його близькість до Землі свідчать про те, що там може бути набагато більше таких систем, які ми можемо використовувати для порівняльного аналізу цього захоплюючого процесу.

«Ми припускаємо, що виявлення цієї системи лише на 32 парсеках свідчить про те, що схожих систем, подібних до Сіріуса, які містять кристалізаційні білі карлики, ймовірно, буде багато. Таким чином, майбутні відкриття можуть дозволити провести сильніші випробування моделей кристалізації білих карликів», – пишуть дослідники .

«Ми прийшли до висновку, що відкриття системи HD 190412 відкрило новий шлях для розуміння білих карликів, що кристалізуються».