Обнаружены миллионы кристаллических звезд

Космические кристаллические шары: в нашем Млечном пути могут существовать миллионы белых карликов, состоящих полностью из кристаллического материала. Эти остатки звезд охладились уже до такой степени, что углерод и кислород в их недрах затвердели. Подтверждения этого давно предполагаемого фазового перехода астрономы нашли, проведя скрининг 15 000 белых карликов в нашей галактике, сообщает научный журнал Nature.

Когда белые карлики достаточно остывают, их недра кристаллизуются, и они превращаются в космические кристаллические шары. © University of Warwick/Mark Garlick

Белые карлики - эта последняя стадия жизни звезд с малой массой, похожих на наше Солнце. Когда у этих звезд заканчивается топливо для поддержания ядерной реакции, они сначала становятся красными гигантами, после чего вследствие ряда взрывов сбрасывают с себя, словно центрифугой, внешнюю оболочку. Остается лишь звездное ядро, в котором ионы углерода и кислорода сжимаются в плазму сверхвысокой плотности. Пока белые карлики еще молоды и горячи, эта плазма присутствует в них в виде своеобразной жидкости.

Когда звездное ядро затвердевает

Но такое состояние не остается неизменным. В соответствии с теорией, постепенное, но постоянное охлаждение белых карликов в определенной точке приводит к переходу фаз. При этом в ядре звезды происходит кристаллизация ионов углерода и кислорода - внутренняя часть звезды затвердевает. Одновременно при такой смене фаз происходит отдача тепла, выделенного в процессе кристаллизации, которое на время останавливает остывание белого карлика или, как минимум, значительно его замедляет.

«Еще 50 лет назад в этом отношении предсказывалось, что мы будем наблюдать множество белых карликов определенной яркости и в разных цветах», - объясняет автор исследования Пьер-Эммануэль Трембли из университета Уорвика. Другими словами: Если наблюдать за распределением температур белых карликов в ближнем космосе, но на кривой диаграммы должен наблюдаться горб, то есть временное увеличение, вызванное кристаллизацией. «Но до сих пор прямое подтверждение наблюдений отсутствовало», - говорят исследователи.

Остановка в температурной диаграмме

И вот теперь Трембли и его команде впервые удалось подтвердить, что такой горб на диаграмме действительно присутствует, а белые карлики, соответственно, действительно кристаллизуются. И возможным это стало, благодаря новейшему звездному каталогу европейского спутника Gaia. Каталог включает в себя около 1,7 миллиарда звезд Млечного пути, среди которых содержатся данные о яркости и удаленности десятков тысяч белых карликов. В рамках своей работы исследователи проанализировали 15 тысяч таких звездных ядер и составили по результатам работы первую диаграмму масс/температур.

И действительно: на этой так называемой диаграмме Хертцшпрунга-Рассела четко наблюдается заметный «застой» белых карликов. Многие из этих звездных останков кажутся словно замершими в определенном, зависимом от их массы температурном диапазоне. «Эти зависящие от массы застои на диаграмме есть результатом того, что белые карлики вследствие отдачи своего латентного тепла при кристаллизации проводят больше времени в этой фазе», - объясняют астрономы. И у некоторых таких звездных останков вследствие этого процесс остывания замедляется на время до двух миллиардов лет.

Миллионы кристаллических шаров в космосе

«Это первое прямое подтверждение, что белые карлики кристаллизуются и, следовательно, переходят из жидкого в твердое состояние», - говорит Трембли. - «Это также означает, что миллионы белых карликов в нашей галактике уже закончили этот процесс и превратились в кристаллические шары». И действительно, еще несколько лет назад астрономы обнаружили белого карлика, показавшегося исследователям состоящим из алмазов - кристаллизованного углерода.

И наше Солнце тоже может примерно через десять миллиардов лет превратиться в такой кристаллический шар из углерода и кислорода. Как смогли определить астрономы с помощью компьютерной модели, в ходе этого процесса сначала кристаллизуется кислород, погружаясь внутрь ядра белого карлика. А вот более легкий углерод собирается с внешней стороны ядра звезды.