În viitorul îndepărtat, Soarele nostru se va transforma într-o pitică albă cristalină solidă. Iată cum se va întâmpla
În urmă cu aproximativ cincizeci de ani, astronomii au prezis care va fi soarta finală a Soarelui nostru. Potrivit teoriei, Soarele își va epuiza combustibilul de hidrogen în miliarde de ani de acum înainte și se va extinde pentru a deveni o Gigantă Roșie, urmată de că își va pierde straturile exterioare și va deveni o pitică albă. După încă câteva miliarde de ani de răcire, interiorul se va cristaliza și va deveni solid.
Până de curând, astronomii aveau puține dovezi care să susțină această teorie. Dar datorită ESA Observatorul Gaia , astronomii sunt acum capabili să observe sute de mii de stele pitice albe cu o precizie imensă – măsurarea distanței, luminozității și culorii acestora. Acest lucru le-a permis, la rândul său, să studieze ce le rezervă viitorul pentru Soarele nostru, când acesta nu mai este steaua caldă și galbenă pe care o cunoaștem și o iubim astăzi.
Studiul care descrie aceste constatări a apărut recent în jurnalNaturăsub titlul „ Cristalizarea miezului și acumularea în secvența de răcire a piticelor albe în evoluție .” Studiul a fost condus de Pier-Emmanuel Tremblay, profesor asistent la Universitatea din Warwick, și a inclus mai mulți cercetători de la Warwick. Astronomie și Astrofizică grup, Universitatea din Montréal și Universitatea din Carolina de Nord.
Impresia artistică a evoluției stelare, unde stelele devin în cele din urmă găuri negre, stele neutronice sau pitice albe, în funcție de clasificarea lor. Imagine: ESA
Când vine vorba de evoluția stelară, zeci de ani de observații combinate cu modele teoretice au permis astronomilor să concluzioneze ce se va întâmpla cu o stea pe baza clasificării sale. În timp ce stelele mai mari (cum ar fi super-giganții albaștri) devin în cele din urmă supernovă și devin stele neutronice sau găuri negre, stelele mai mici precum Soarele nostru își vor pierde straturile exterioare pentru a deveni nebuloase planetare și, în cele din urmă, își vor încheia ciclul de viață ca pitică albă.
Aceste stele ultra-dense continuă să emită radiații pe măsură ce se răcesc, un proces care durează miliarde de ani. În cele din urmă, interioarele lor vor fi suficient de reci - aproximativ 10 milioane ° C (50 milioane ° F) - încât presiunea extremă exercitată asupra miezurilor lor va face ca materialul de acolo să se cristalizeze și să devină solid. Se estimează că aceasta va fi soarta a până la 97% dintre stelele din Calea Lactee, în timp ce restul vor deveni stele neutronice sau găuri negre.
Deoarece piticele albe sunt printre cele mai vechi stele din Univers, ele sunt incredibil de utile astronomilor. Deoarece ciclul lor de viață este previzibil, ele sunt folosite ca „ceasuri cosmice” pentru a estima vârsta grupurilor de stele învecinate cu un grad ridicat de acuratețe. Dar determinarea a ceea ce se întâmplă cu piticele albe spre sfârșitul ciclului lor de viață a fost o provocare.
Anterior, astronomii erau limitati când era vorba de numărul de pitice albe pe care le puteau studia. Toate acestea s-au schimbat odată cu implementarea luiGaia, un observator spațial care și-a petrecut ultimii ani măsurând cu precizie pozițiile, distanțele și mișcările stelelor de dragul creării celui mai detaliat catalog spațial 3D realizat vreodată.
Misiunea Gaia a ESA se află în prezent într-o misiune de cinci ani pentru a cartografi stelele Căii Lactee. Gaia a găsit dovezi pentru o coliziune galactică care a avut loc între 300 de milioane și 900 de milioane de ani în urmă. Credit: ESA/ATG medialab; background: ESO/S. Brunier.
După cum a indicat Pier-Emmanuel Tremblay, ERC* Starting Grant Fellow, într-un recent ESA Comunicat de presă :
„Anterior, aveam distanțe pentru doar câteva sute de pitice albe și multe dintre ele erau în grupuri, unde toate au aceeași vârstă. Cu Gaia avem acum distanța, luminozitatea și culoarea a sute de mii de pitice albe pentru o probă considerabilă din discul exterior al Căii Lactee, care acoperă o gamă de mase inițiale și toate tipurile de vârste.”
Pentru studiul lor, astronomii au folosit datele Gaia pentru a analiza mai mult de 15 000 de candidați rămășițe stelare în termen de 300 ani lumină de Pământ. Din această probă, ei au reușit să identifice un exces în numărul de stele (alias o grămadă) care aveau culori și luminozități specifice care nu corespundeau nici unei singure mase sau vârste.
Această acumulare, odată comparată cu modelele evolutive ale stelelor, părea să coincidă cu stadiul de dezvoltare în care stelele pierd căldură în cantități mari. Acest proces încetinește procesul natural de răcire și face ca stelele moarte să nu mai lumineze, ceea ce le face să pară cu până la 2 miliarde de ani mai tinere decât sunt în realitate.0
„Aceasta este prima dovadă directă că piticele albe cristalizează sau trec de la lichid la solid”, a explicat Tremblay într-un Warwick. declarație de presă . „S-a prezis acum cincizeci de ani că ar trebui să observăm o acumulare a numărului de pitice albe la anumite luminozități și culori din cauza cristalizării și abia acum acest lucru a fost observat.”
Secvența de răcire și cristalizare a piticii albe, pe baza datelor Gaia. Credit: Pier-Emmanuel Tremblay (et al.)
Acest model, în care luminozitatea nu are legătură cu vârsta, a fost una dintre predicțiile cheie făcute despre cristalizarea piticelor albe în urmă cu 50 de ani. Acum că astronomii au dovezi directe ale acestui proces la lucru, este probabil să ne influențeze înțelegerea în ce grupări stelare ar trebui să fie incluse piticele albe.
„Piticile albe sunt folosite în mod tradițional pentru datarea în vârstă a populațiilor stelare, cum ar fi grupurile de stele, discul exterior și haloul din Calea Lactee”, a spus Tremblay. „Acum va trebui să dezvoltăm modele de cristalizare mai bune pentru a obține estimări mai precise ale vârstelor acestor sisteme.”
De exemplu, în timp ce toate piticele albe se vor cristaliza la un moment dat în evoluția lor, timpul necesar variază în funcție de stea. Piticile albe mai masive se răcesc mai repede și ating mai devreme temperatura la care are loc cristalizarea (în aproximativ un miliard de ani). Piticele albe mai mici, care este ceea ce va deveni Soarele nostru, ar putea avea nevoie de până la șase miliarde de ani pentru a face aceeași tranziție.
„Aceasta înseamnă că miliarde de pitice albe din galaxia noastră au finalizat deja procesul și sunt în esență sfere de cristal pe cer”, a spus Tremblay. Între timp, se poate aștepta ca Soarele nostru să sufere această tranziție în aproximativ alte zece miliarde de ani. În acel moment, Soarele nostru va fi ieșit din faza sa de ramură roșie, va deveni o pitică albă și va începe procesul de cristalizare.
Ciclul de viață al unei stele asemănătoare Soarelui, de la nașterea ei în partea stângă a cadrului până la evoluția sa într-o gigantă roșie în dreapta după miliarde de ani. Credit: ESO/M. Kornmesser
Aceasta este doar cea mai recentă revelație venită de laGaiamisiune, care a petrecut ultimii cinci ani catalogând obiectele cerești din Calea Lactee și galaxiile învecinate. Înainte de încheierea misiunii (se așteaptă să se întâmple până în 2022), sunt programate încă două lansări de date, lansarea DR3 fiind programată pentru 2021 și lansarea finală încă de stabilit.
*Cercetarea a fost posibilă datorită finanțării din partea Consiliul European de Cercetare (ERC).
Lectură suplimentară: Universitatea din Warwick , ACEST , Natură