Наше солнце может выглядеть как вечный шар горящего газа, но однажды оно умрет. Это может показаться обломом, особенно для всего, что будет жить на Земле через несколько миллиардов лет, но у гибели Солнца есть и светлая сторона. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature в январе 2019 года, наша мертвая звезда оставит после себя мерцающее наследие и превратится в массивный кристалл. Однако это не тот тип хрусталя, который можно найти в обычной люстре.
Прежде чем мы начнем говорить об огромных звездных кристаллах, нам сначала нужно понять, как живут и умирают такие звезды, как наше Солнце.
От великана до карлика
Солнце питается ядерным синтезом. Его мощная гравитация сжимает атомы водорода в его ядре, образуя гелий, а огромное количество энергии, высвобождаемой в результате этих термоядерных процессов, выталкивается наружу, поддерживая счастливое равновесие. Пока существует много водородного топлива, питающего этот процесс, ядро остается примерно того же размера и температуры (около 15 миллионов Кельвинов), производя энергию, которая излучается по всей Солнечной системе, в конечном итоге способствуя эволюции жизни на определенной обитаемой планете под названием Земля.. Эта фаза горения водорода длится 90 процентов жизни нашего Солнца, период звездной жизни, известный как «главная последовательность». В настоящее время мы находимся примерно в 4,5 миллиардах лет от дней главной последовательности нашего Солнца - или примерно в середине его жизни.
Что происходит, когда весь водород израсходован? Мягко говоря, дела начинают сходить с ума. Без внешнего давления энергии, созданной при синтезе водорода, гравитация Солнца подавляет ядро, сжимая его в меньшее пространство и повышая его температуру в десять раз. Хотя это нормально; более тяжелые ядра гелия начнут сливаться вместе, снова создавая внешнее давление для поддержания равновесия. Прогнозируется, что это начнется примерно через 5 миллиардов лет и будет отмечено внезапным выбросом энергии, известным как «гелиевая вспышка». По мере того, как гелий плавится, образуются углерод и кислород, и температура ядра снова повышается.
Вскоре после этого начинают сплавляться и более тяжелые элементы, и солнце в целом будет выглядеть немного хуже из-за износа. Он начнет раздуваться, взрывая межпланетное пространство свирепыми солнечными ветрами, которые начнут сдирать его верхние слои. Хотя наше Солнце недостаточно массивно, чтобы взорваться как сверхновая, оно превратится в красную гигантскую звезду, которая, возможно, выйдет за пределы орбиты Земли. И это нехорошо. Наша планета будет поджарена.
После смерти наша звезда оставит после себя тонкие остатки солнечной плазмы, создав прекрасную планетарную туманность, обогащенную недавно сформировавшимися тяжелыми элементами, которые создадут следующее поколение звезд и планет. в ее ядре будет горячий звездный остаток, известный как белый карлик, крошечная, плотная звезда, ярко мерцающая, свидетельство того, что Солнце раньше было на своем месте.
Белые карлики могут поддерживать себя в течение миллиардов лет, прежде чем выдыхаться и тускнеть навсегда, но это не конец истории. Используя наблюдения европейской миссии Gaia, которая в настоящее время проводит точные измерения звезд по всей нашей галактике, исследователи из Уорикского университета в Великобритании наткнулись на секрет белого карлика, который до сих пор остается скрытым.
До сих пор.
Хрустальный гном
Вскоре после формирования белые карлики становятся чрезвычайно горячими, излучая интенсивную энергию, которая когда-то содержалась в ядре звезды главной последовательности, которая была до них. Спустя миллиарды лет после образования белые карлики медленно остывают, и в определенный момент содержащиеся в них кислород и углерод пройдут через фазовый переход - сродни замерзанию жидкой воды и превращению в твердый лед, только при гораздо более экстремальных температурах и давление - затвердевает, образуя огромный кристалл.
«Все белые карлики кристаллизуются в какой-то момент своей эволюции, хотя более массивные белые карлики проходят этот процесс раньше», - сказал Пьер-Эммануэль Тремблей из физического факультета Уорикского университета и руководитель исследования. в пресс-релизе.«Это означает, что миллиарды белых карликов в нашей галактике уже завершили этот процесс и по сути являются кристаллическими сферами в небе. Само Солнце станет кристально белым карликом примерно через 10 миллиардов лет».
Команда Тремблея проанализировала наблюдения Gaia, чтобы измерить яркость и цвет 15 000 белых карликов в пределах 300 световых лет от Земли. Они обнаружили избыток (или «нагромождение») популяции звезд определенного цвета и яркости. Они поняли, что эта группа звезд представляет собой подобную фазу звездной эволюции, где условия являются подходящими для возникновения этого фазового перехода, вызывающего задержку охлаждения и, таким образом, замедляющего процесс старения. Исследователи обнаружили, что продолжительность жизни некоторых из этих звезд увеличилась на 2 миллиарда лет.
«Это первое прямое свидетельство того, что белые карлики кристаллизуются или переходят из жидкого состояния в твердое», - добавил Тремблей в своем заявлении.«Пятьдесят лет назад было предсказано, что мы должны наблюдать увеличение числа белых карликов при определенных светимости и цветах из-за кристаллизации, и только сейчас это наблюдалось».
Кристаллизованные белые карлики - это не просто звездная диковинка; их квантовый состав не похож ни на что, что мы можем воссоздать в лаборатории. Когда материал белой звезды кристаллизуется, его материал становится упорядоченным на квантовом уровне, ядра выстраиваются в трехмерную решетку, создавая ядро из металлического кислорода и внешний слой, обогащенный углеродом.
Итак, у нас есть это, после того, как звезды, подобные нашему солнцу, умирают, их истории не заканчиваются. Все белые карлики пройдут через эту фазу кристаллизации, засоряя галактику массивными алмазоподобными остатками звезд.
А вот это интересная идея
Когда «Битлз» пели свой хит «Люси в небе с бриллиантами», возможно, они не имели в виду ЛСД, как нас уверяет популярная культура. Возможно, вместо этого они отдавали дань уважения миллиардам звездных бриллиантов, которые, как мы теперь знаем, заполняют ночное небо.
Часто задаваемые вопросы
Солнце станет белым карликом?
Солнце станет белым карликом примерно через 10 миллиардов лет, когда в его ядре закончится водородное топливо.