Πριν από περίπου πενήντα χρόνια, οι αστρονόμοι προέβλεπαν ποια θα είναι η τελική μοίρα του Ήλιου μας. Σύμφωνα με τη θεωρία, ο Ήλιος θα εξαντλήσει τα καύσιμα υδρογόνου του δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα και θα επεκταθεί για να γίνει ένας Ερυθρός Γίγαντας, ακολουθούμενος από το να ρίχνει τα εξωτερικά του στρώματα και να γίνει ένας λευκός νάνος. Μετά από μερικά ακόμη δισεκατομμύρια χρόνια ψύξης, το εσωτερικό θα κρυσταλλωθεί και θα γίνει συμπαγές.
Μέχρι πρόσφατα, οι αστρονόμοι είχαν λίγα στοιχεία για να υποστηρίξουν αυτήν τη θεωρία. Αλλά χάρη στα ESA's Παρατηρητήριο Γαίας, οι αστρονόμοι είναι πλέον σε θέση να παρατηρούν εκατοντάδες χιλιάδες λευκούς νάνους αστέρια με τεράστια ακρίβεια - υπολογίζοντας την απόσταση, τη φωτεινότητα και το χρώμα τους. Αυτό με τη σειρά του τους επέτρεψε να μελετήσουν τι ισχύει το μέλλον για τον Ήλιο μας, όταν δεν είναι πλέον το ζεστό, κίτρινο αστέρι που γνωρίζουμε και αγαπάμε σήμερα.
Η μελέτη που περιγράφει αυτά τα ευρήματα εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση με τίτλο «Κρυστάλλωση πυρήνα και συσσώρευση στην ακολουθία ψύξης των εξελισσόμενων λευκών νάνων». Η μελέτη διεξήχθη από τον Pier-Emmanuel Tremblay, βοηθό καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Warwick, και περιελάμβανε πολλούς ερευνητές από την ομάδα Αστρονομίας και Αστροφυσικής του Warwick, το Πανεπιστήμιο του Montréal και το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας.
Όσον αφορά την αστρική εξέλιξη, δεκαετίες παρατηρήσεων σε συνδυασμό με θεωρητικά μοντέλα επέτρεψαν στους αστρονόμους να συμπεράνουν τι θα συμβεί σε ένα αστέρι με βάση την ταξινόμησή του. Ενώ τα μεγαλύτερα αστέρια (όπως οι μπλε σούπερ γίγαντες) τελικά πηγαίνουν σουπερνόβα και γίνονται αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες, μικρότερα αστέρια όπως ο Ήλιος μας θα ρίξουν τα εξωτερικά τους στρώματα για να γίνουν πλανητικοί νεφελώματα και τελικά θα ολοκληρώσουν τον κύκλο ζωής τους ως λευκός νάνος.
Αυτά τα εξαιρετικά πυκνά αστέρια συνεχίζουν να εκπέμπουν ακτινοβολία καθώς κρυώνουν, μια διαδικασία που διαρκεί δισεκατομμύρια χρόνια. Τελικά, το εσωτερικό τους θα είναι αρκετά δροσερό - περίπου 10 εκατομμύρια ° C (50 εκατομμύρια ° F) - ώστε η υπερβολική πίεση που ασκείται στους πυρήνες τους θα αναγκάσει το υλικό εκεί να κρυσταλλωθεί και να γίνει στερεό. Εκτιμάται ότι αυτή θα είναι η τύχη έως και 97% των αστεριών στον Γαλαξία μας, ενώ τα υπόλοιπα θα γίνουν αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες.
Δεδομένου ότι οι λευκοί νάνοι είναι από τα παλαιότερα αστέρια του Σύμπαντος, είναι εξαιρετικά χρήσιμα για τους αστρονόμους. Δεδομένου ότι ο κύκλος ζωής τους είναι προβλέψιμος, χρησιμοποιούνται ως «κοσμικά ρολόγια» για την εκτίμηση της ηλικίας ομάδων γειτονικών αστεριών με υψηλό βαθμό ακρίβειας. Αλλά ο καθορισμός του τι συμβαίνει στους λευκούς νάνους στο τέλος του κύκλου ζωής τους ήταν δύσκολος.
Προηγουμένως, οι αστρονόμοι ήταν περιορισμένοι όσον αφορά τον αριθμό των λευκών νάνων που μπορούσαν να μελετήσουν. Όλα αυτά άλλαξαν με την ανάπτυξη του Γαία, ένα διαστημικό παρατηρητήριο που έχει περάσει τα τελευταία χρόνια μετρώντας με ακρίβεια τις θέσεις, τις αποστάσεις και τις κινήσεις των αστεριών για χάρη της δημιουργίας του πιο λεπτομερούς τρισδιάστατου διαλόγου διαστήματος που έχει γίνει ποτέ.
Όπως ο Pier-Emmanuel Tremblay, ένας εκπρόσωπος του Grant Fellow του ERC, ανέφερε σε πρόσφατο δελτίο τύπου της ESA:
«Προηγουμένως, είχαμε αποστάσεις μόνο για μερικές εκατοντάδες λευκούς νάνους και πολλοί από αυτούς ήταν σε συστάδες, όπου όλοι έχουν την ίδια ηλικία. Με τη Γαία έχουμε τώρα την απόσταση, τη φωτεινότητα και το χρώμα εκατοντάδων χιλιάδων λευκών νάνων για ένα μεγάλο δείγμα στον εξωτερικό δίσκο του Γαλαξία, καλύπτοντας μια σειρά αρχικών μαζών και όλων των ειδών ηλικιών. "
Για τη μελέτη τους, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν δεδομένα Gaia για να αναλύσουν περισσότερους από 15.000 αστρικούς υπολειπόμενους υποψηφίους εντός 300 ετών φωτός από τη Γη. Από αυτό το δείγμα, μπόρεσαν να εντοπίσουν μια περίσσεια στον αριθμό των αστεριών (γνωστού και ως σωρού) που είχαν συγκεκριμένα χρώματα και φωτεινότητες που δεν αντιστοιχούσαν σε καμία μάζα ή ηλικία.
Αυτή η συσσώρευση, κάποτε σε σύγκριση με τα εξελικτικά μοντέλα των αστεριών, φάνηκε να συμπίπτει με το αναπτυξιακό στάδιο όπου τα αστέρια χάνουν θερμότητα σε μεγάλες ποσότητες. Αυτή η διαδικασία επιβραδύνει τη φυσική διαδικασία ψύξης και αναγκάζει τα νεκρά αστέρια να σταματήσουν να εξασθενίζουν, γεγονός που τα κάνει να εμφανίζονται έως και 2 δισεκατομμύρια χρόνια νεότερα από ό, τι στην πραγματικότητα.
«Αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη ότι οι λευκοί νάνοι κρυσταλλώνουν ή μεταβαίνουν από υγρό σε στερεό», εξήγησε ο Tremblay σε δήλωση τύπου του Warwick. «Προβλέπεται πριν από πενήντα χρόνια ότι θα πρέπει να παρατηρήσουμε μια συσσώρευση στον αριθμό των λευκών νάνων σε ορισμένες φωτεινότητες και χρώματα λόγω της κρυστάλλωσης και μόνο τώρα αυτό έχει παρατηρηθεί».
Αυτό το μοτίβο, όπου η φωτεινότητα δεν σχετίζεται με την ηλικία, ήταν μια από τις βασικές προβλέψεις που έγιναν για την κρυστάλλωση λευκών νάνων πριν από 50 χρόνια. Τώρα που οι αστρονόμοι έχουν άμεση απόδειξη αυτής της διαδικασίας στην εργασία, είναι πιθανό να επηρεάσει την κατανόησή μας σχετικά με το τι πρέπει να συμπεριληφθούν οι αστρικές ομάδες λευκών νάνων.
«Οι λευκοί νάνοι χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για χρονολόγηση ηλικίας αστρικών πληθυσμών όπως συστάδες αστεριών, ο εξωτερικός δίσκος και το φωτοστέφανο στον Γαλαξία μας», δήλωσε ο Tremblay. «Θα πρέπει τώρα να αναπτύξουμε καλύτερα μοντέλα κρυστάλλωσης για να λάβουμε ακριβέστερες εκτιμήσεις για τις ηλικίες αυτών των συστημάτων.»
Για παράδειγμα, ενώ όλοι οι λευκοί νάνοι θα κρυσταλλωθούν σε κάποιο σημείο της εξέλιξής τους, ο χρόνος που χρειάζεται διαφέρει ανάλογα με το αστέρι. Πιο μαζικοί λευκοί νάνοι κρυώνουν πιο γρήγορα και φτάνουν στη θερμοκρασία στην οποία γίνεται κρυστάλλωση νωρίτερα (σε περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια). Οι μικρότεροι λευκοί νάνοι, που θα γίνει ο Ήλιος μας, μπορεί να απαιτούν έως και έξι δισεκατομμύρια χρόνια για να κάνουν την ίδια μετάβαση.
«Αυτό σημαίνει ότι δισεκατομμύρια λευκοί νάνοι στον γαλαξία μας έχουν ήδη ολοκληρώσει τη διαδικασία και είναι ουσιαστικά κρυσταλλικές σφαίρες στον ουρανό», δήλωσε ο Tremblay. Εν τω μεταξύ, ο Ήλιος μας αναμένεται να υποστεί αυτήν τη μετάβαση σε περίπου δέκα δισεκατομμύρια χρόνια. Σε αυτό το σημείο, ο Ήλιος μας θα έχει βγει από τη φάση του Κόκκινου Γίγαντα, θα γίνει λευκός νάνος και θα ξεκινήσει τη διαδικασία κρυστάλλωσης.
Αυτή είναι μόνο η τελευταία αποκάλυψη που προέρχεται από το Γαία αποστολή, η οποία έχει περάσει τα τελευταία πέντε χρόνια καταγράφοντας ουράνια αντικείμενα στον Γαλαξία και τους γειτονικούς γαλαξίες. Πριν από τη λήξη της αποστολής (αναμένεται να συμβεί έως το 2022), προγραμματίζονται δύο ακόμη κυκλοφορίες δεδομένων, ενώ η κυκλοφορία DR3 έχει προγραμματιστεί για το 2021 και η τελική κυκλοφορία δεν έχει ακόμη καθοριστεί.
* Η έρευνα κατέστη δυνατή χάρη στη χρηματοδότηση του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας (ΕΣΕ).
