ESA: n Gaian avaruusaluksen kaapatut tiedot osoittivat ensimmäistä kertaa, kuinka valkoiset kääpiöt, aurinkoisen tähtemme kuolleet jäännökset muuttuvat kiinteiksi palloiksi sen jälkeen, kun niiden sisällä oleva kuuma kaasu jäähtyy.
Tätä materiaalin jähmettymis- tai kiteytymisprosessia valkoisten kääpiöiden sisällä ennustettiin 50 vuotta sitten, mutta tähtitieteilijät eivät ole pystyneet tarkkailemaan tarpeeksi näitä esineitä nähdäkseen näytteen, joka paljastaa tämän prosessin.
"Meillä oli tapana olla vain muutama sata valkoista kääpiötä ja monet heistä olivat suurin piirtein saman ikäisiä klustereita", sanoo Pierre-Emmanuel Tremblay Warwickin yliopistosta, Iso-Britannia, johtava kirjoittaja tuloksia kuvaavalle paperille.
Gaian avulla saimme lisätietoja. Eri kohteista, joilla oli erilaiset etäisyydet, kirkkaus ja väri, saatiin paljon tietoa. Nämä ovat satoja tuhansia valkoisia kääpiöitä Linnunradan ulkolevyllä, joilla on erilaiset massat ja eri ikäiset.
Gaia tekee läpimurron arvioimalla tarkkaan etäisyys näihin tähtiin, jolloin tähtitieteilijät voivat mitata todellisen kirkkauden ennennäkemättömällä tarkkuudella.
(Pääkuvassa on valkoinen kääpiö, aurinkomme kaltaisen tähden kuollut jäännös kiteytyneellä kiinteällä ytimellä.)
Valkoiset kääpiöt ovat aurinkoomme kaltaisten keskikokoisten tähtien jäännöksiä. Sen jälkeen kun nämä tähdet polttivat ytimensä ydinpolttoaineen, ne vapauttivat ulkokerroksensa jättäen taakse kuuman ytimen, joka alkaa jäähtyä.
Nämä superdense-jäännökset lähettävät silti lämpöä säteilyä jäähtyessään ja ovat tähtitieteilijöiden nähtävissä melko heikkoina kohteina. On arvioitu, että jopa 97% Linnunradan tähtiä muuttuu lopulta valkoisiksi kääpiöiksi, kun taas massiivisimmista niistä tulee neutronitähtiä tai mustia aukkoja.
Mainosvideo:
Valkoisten kääpiöiden jäähdytys vie miljardeja vuosia. Kun ne ovat saavuttaneet tietyn lämpötilan, alun perin kuuma ydin tähtiydimen sisällä alkaa kiteytyä ja muuttuu kiinteäksi. Prosessi on samanlainen kuin nestemäisen veden muuttuminen jääksi maan päällä nollalämpötilassa, paitsi että lämpötila, jossa tämä kiinteytyminen tapahtuu valkoisissa kääpiöissä, on erittäin korkea -
noin 10 miljoonaa celsiusastetta.
Tässä tutkimuksessa tähtitieteilijät analysoivat yli 15 000 ehdokasta tähtijäännöksiä 300 valovuoden päässä Maasta. Gaia pystyi näkemään nämä kiteyttävät valkoiset kääpiöt erillisenä ryhmänä.
"Näimme suuren määrän valkoisia kääpiöitä, joiden värit ja sävyt eivät olleet toisiinsa sukua evoluutiossaan", Pierre-Emmanuel sanoo.
”Tajusimme, että tämä ei ole erillinen valkoisten kääpiöiden populaatio, vaan jäähdytys- ja kiteytymisvaikutus ennustettiin 50 vuotta sitten."
Tämän kiteytymisprosessin aikana, joka kestää useita miljardia vuotta, vapautuva lämpö näyttää hidastavan valkoisten kääpiöiden kehitystä.
"Valkoisia kääpiöitä on perinteisesti käytetty tähtien, kuten tähtiklustereiden ikäjuhliin", Pierre-Emmanuel selittää.
”Meidän on nyt kehitettävä parempia kiteytysmalleja saadaksemme tarkempia arvioita näiden järjestelmien iästä."
Kaikki valkoiset kääpiöt eivät kiteydy samalla nopeudella. Massiivisemmat tähdet jäähtyvät nopeammin ja saavuttavat lämpötilan, jossa kiteytyminen tapahtuu noin miljardissa vuodessa. Pienemmän massan valkoiset kääpiöt, jotka ovat lähempänä odotettavissa olevaa auringon loppuvaihetta, jäähtyvät hitaammin, ottaen jopa kuusi miljardia vuotta muuttua kuolleiksi kiinteiksi palloiksi.
Auringolla on vielä noin viisi miljardia vuotta ennen kuin se tulee valkoiseksi kääpiöksi, ja tähtitieteilijöiden arvioiden mukaan vielä viiden miljardin vuoden kuluttua kestää sen, että lopulta jäähtyy kiteiseen palloon.
"Tämä tulos korostaa Gaian monipuolisuutta ja sen monia sovelluksia", sanoo Timo Prusti, ESAn Gaia-tutkija.