Umbes viiskümmend aastat tagasi ennustasid astronoomid, milline saab olema meie Päikese lõplik saatus. Teooria kohaselt ammutab Päike oma vesinikkütuse miljardite aastate pärast ja laieneb Punaseks hiiglaseks, millele järgneb selle väliskihtide heiskamine ja valge kääbuse saamine. Pärast veel mõne miljardi aasta pikkust jahutamist kristalliseerub interjöör ja muutub tahkeks.
Kuni viimase ajani oli astronoomidel vähe tõendeid selle teooria toetamiseks. Kuid tänu ESA-dele Gaia observatoorium, saavad astronoomid nüüd tohutu täpsusega jälgida sadu tuhandeid valgeid kääbustähti - mõõtes nende kaugust, heledust ja värvi. See on omakorda võimaldanud neil uurida, mis tulevik meie päikesel on, kui see pole enam see soe kollane täht, mida me tänapäeval tunneme ja armastame.
Neid leide kirjeldav uuring ilmus hiljuti ajakirjas Loodus pealkirja all „Core kristalliseerumine ja hunnikute moodustumine arenevate valgete kääbuste jahutusjärjestuses“. Uuringut juhtis Warwicki ülikooli abiprofessor Pier-Emmanuel Tremblay ning uuringus osales mitu Warwicki astronoomia ja astrofüüsika rühma, Université de Montréali ja Põhja-Carolina ülikooli teadlast.
Kui rääkida tähe evolutsioonist, on aastakümnete pikkused vaatlused koos teoreetiliste mudelitega võimaldanud astronoomidel teha järelduse, mis tähega juhtub selle klassifikatsiooni põhjal. Kui suuremad tähed (nagu sinised superhiiglased) lähevad lõpuks supernoovaks ja muutuvad neutrontähtedeks või mustadeks aukudeks, siis väiksemad tähed, nagu meie Päike, heidavad oma väliskihid planeediliseks udukogudeks ja lõpetavad oma elutsükli lõpuks valge kääbuna.
Need ülitihedad tähed eraldavad jahtudes kiirgust edasi - protsess, mis kestab miljardeid aastaid. Lõpuks on nende interjöörid piisavalt jahedad - umbes 10 miljonit ° C (50 miljonit ° F) -, et nende südamikele avalduv äärmine rõhk põhjustaks sealse materjali kristalliseerumise ja tahkeks muutumise. Arvatakse, et see on Linnutee kuni 97% tähtede saatus, ülejäänud saavad neutrontähtedeks või mustadeks aukudeks.
Kuna valged kääbused on universumi vanimate tähtede hulgas, on neist astronoomidele uskumatult kasu. Kuna nende elutsükkel on etteaimatav, kasutatakse neid „kosmiliste kelladena“ naabertähtede rühmade vanuse suure täpsusega hindamiseks. Kuid kindlaks teha, mis juhtub valgete kääbustega nende elutsükli lõpus, on olnud keeruline.
Varem olid astronoomid piiratud, kui räägiti valgete kääbuste arvust, mida nad võiksid uurida. Kõik see muutus koos Gaia, kosmosevaatluskeskus, mis on viimased aastad veetnud tähtede asukoha, kauguse ja liikumise täpsel mõõtmisel, et luua kõige üksikasjalikum 3D-kosmosekataloog, mis eales tehtud.
Nagu Euroopa Teadusnõukogu starditoetuse stipendiaat Pier-Emmanuel Tremblay märkis hiljutises ESA pressiteates:
“Varem oli meil vahemaad vaid mõnesaja valge kääbuse jaoks ja paljud neist olid kobarates, kus nad kõik on sama vanusega. Gaiaga on meil Linnutee välimises ketastes vahemaad, heledust ja värvi sadu tuhandeid valgeid kääbuseid, mis hõlmavad mitmesuguseid algmasse ja igasuguseid vanuseid. ”
Astronoomid kasutasid oma uuringus Gaia andmeid enam kui 15 000 tähejäägi kandidaadi analüüsimiseks Maast 300 valgusaasta jooksul. Selle valimi põhjal suutsid nad tuvastada tähtede arvu (nn kuhja), mille erivärvid ja heledus ei vastanud ühelegi massile ega vanusele.
Võrreldes tähtede evolutsioonimudelitega näis see kuhjumine langemas kokku arenguetapiga, kus tähed kaotavad suurtes kogustes soojust. See protsess aeglustab looduslikku jahutusprotsessi ja põhjustab surnud tähtede tuhmumise, mille tõttu nad näivad kuni 2 miljardit aastat nooremad kui nad tegelikult on.0
"See on esimene otsene tõendusmaterjal, et valged kääbused kristalliseeruvad või muutuvad vedelast tahkeks," selgitas Tremblay Warwicki pressiteates. "Viiskümmend aastat tagasi ennustati, et peaksime kristalliseerumisest tuleneva teatava heleduse ja värvi korral täheldama valgete kääbuste arvu suurenemist ja alles nüüd on seda täheldatud."
See muster, kus heledus ei ole vanusega seotud, oli üks peamisi ennustusi valgete kääbuste kristalliseerumise kohta 50 aastat tagasi. Nüüd, kui astronoomidel on selle protsessi kohta otseseid tõendeid, mõjutab see tõenäoliselt meie arusaamist sellest, milliste täheliste rühmadesse valged kääbused lisada tuleks.
"Valgeid kääbuseid kasutatakse meie Linnutee puhul tavaliselt tähepopulatsioonide, näiteks tähtede klastrite, välimise ketta ja halode vananemiseks," ütles Tremblay. "Peame nüüd välja töötama paremad kristallimismudelid, et saada täpsemat hinnangut nende süsteemide vanusele."
Näiteks kui kõik valged kääbused mingil evolutsiooni hetkel kristalliseeruvad, varieerub selleks kuluv aeg tähe järgi. Massiivsemad valged kääbused jahtuvad kiiremini ja jõuavad temperatuurini, mille juures kristalliseerumine toimub varem (umbes ühe miljardi aasta pärast). Väiksemate valgete kääbuste jaoks, milleks meie Päike saab, võib sama ülemineku tegemiseks kuluda isegi kuus miljardit aastat.
"See tähendab, et miljardid valged kääbused meie galaktikas on juba protsessi lõpule viinud ja on sisuliselt taeva kristallsfäärid," ütles Tremblay. Vahepeal võib meie Päike oodata selle ülemineku läbimist veel umbes kümne miljardi aasta pärast. Sel hetkel on meie Päike väljunud oma Punase Hiiglase Haru faasist, saanud valgeks kääbuseks ja alustanud kristalliseerumisprotsessi.
See on just viimane ilmutus, mis pärineb Gaia missioon, kes on viimased viis aastat veetnud Linnutee ja naabruses asuvate galaktikate taevaobjektide kataloogimist. Enne missiooni lõppu (mis peaks toimuma eeldatavasti 2022. aastaks) on kavas veel kaks andmeväljaannet, DR3 väljaandmine on kavandatud aastaks 2021 ja lõplik väljalase on veel kindlaks määramisel.
* Uurimistöö sai võimalikuks tänu Euroopa Teadusnõukogu (ERC) rahastamisele.
