Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό σκάφος Γαία (GAIA) της ESA για την χαρτογράφηση των γαλαξιών, αποκάλυψαν για πρώτη φορά πως οι λευκοί νάνοι, τα νεκρά υπολείμματα των άστρων όπως ο Ήλιος μας, μετατρέπονται σε συμπαγείς σφαίρες καθώς το καυτό αέριο μέσα τους ψύχεται. Αυτή η διαδικασία στερεοποίησης ή κρυστάλλωσης του υλικού μέσα στους λευκούς νάνους είχε προβλεφθεί πριν από 50 χρόνια, αλλά μέχρι την άφιξη του σκάφους Γαία οι αστρονόμοι δεν ήταν σε θέση να παρατηρήσουν αρκετά από αυτά τα αντικείμενα με τέτοια ακρίβεια για να δουν το μοντέλο που αποκαλύπτει αυτή τη διαδικασία .
Εικονογράφηση ενός λευκού νάνου, του νεκρού υπολείμματος ενός άστρου όπως ο ήλιος μας, με έναν κρυσταλλικό, συμπαγή πυρήνα.
“Με τη Γαία έχουμε τώρα την απόσταση, τη φωτεινότητα και το χρώμα εκατοντάδων χιλιάδων λευκών νάνων ως ένα σημαντικό δείγμα στον εξωτερικό δίσκο του Γαλαξία μας, που καλύπτει μια σειρά μαζών και όλων των ειδών τις ηλικίες”, λέει ο Pier-Emmanuel Tremblay από το Πανεπιστήμιο του Warwick και κύριος συγγραφέας της δημοσίευσης που περιγράφει τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στο Nature .
Με την ακριβή εκτίμηση της απόστασης μας από αυτά τα αστέρια που κάνει η Gaia, επιτρέπει στους αστρονόμους να μετρήσουν την πραγματική τους φωτεινότητα με πρωτοφανή ακρίβεια.
Οι λευκοί νάνοι είναι τα κατάλοιπα άστρων μεσαίων μεγεθών παρόμοια με τον ήλιο μας. Μόλις αυτά τα αστέρια κάψουν την πρώτη τους ύλη στον πυρήνα τους, ρίχνουν τα εξωτερικά τους στρώματα, αφήνοντας πίσω τους ένα καυτό πυρήνα που αρχίζει να ψύχεται.
Αυτά τα εξαιρετικά πυκνά υπολείμματα εξακολουθούν να εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία καθώς κρυώνουν και είναι ορατά από τους αστρονόμους ως μάλλον εξασθενημένα αντικείμενα. Εκτιμάται ότι έως και το 97% των άστρων στον Γαλαξία μας θα μετατραπούν τελικά σε λευκούς νάνους, ενώ τα πιο τεράστια αστέρια θα καταλήξουν ως αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες.
Εικόνα για μερικές πιθανές εξελικτικές οδούς για αστέρια διαφόρων αρχικών μαζών
Η ψύξη των λευκών νάνων διαρκεί δισεκατομμύρια χρόνια. Μόλις φθάσουν σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η αρχικά θερμή ύλη μέσα στον πυρήνα του αστεριού αρχίζει να κρυσταλλώνεται, να γίνεται σταθερή. Η διαδικασία είναι παρόμοια με το υγρό νερό που μετατρέπεται σε πάγο στη Γη σε μηδέν βαθμούς Κελσίου, εκτός από το ότι η θερμοκρασία στην οποία γίνεται αυτή η στερεοποίηση στους λευκούς νάνους είναι εξαιρετικά υψηλή – περίπου 10 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Στη μελέτη αυτή, οι αστρονόμοι ανέλυσαν πάνω από 15.000 υποψήφια αστρικά υπολείμματα μέχρι 300 έτη φωτός από τη Γη, όπως παρατηρήθηκε από τη Γαία και κατάφεραν να δουν αυτούς τους λευκούς νάνους να κρυσταλλώνεται ως μια μάλλον ξεχωριστή ομάδα.
“Είδαμε ένα σύνολο λευκών νάνων ορισμένων χρωμάτων και φωτεινότητας και συνειδητοποιήσαμε ότι αυτό το σύνολο ήταν ένας ξεχωριστός πληθυσμός λευκών νάνων που είχε ψυχθεί ο πυρήνας τους και είχε κρυσταλλωθεί όπως προέβλεπε η θεωρία πριν από 50 χρόνια», λέει ο Pier-Emmanuel.
Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας κρυστάλλωσης, η οποία διαρκεί αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια, φαινομενικά επιβραδύνει την εξέλιξη των λευκών νάνων: τα νεκρά αστέρια σταματούν να εξασθενίζουν και ως εκ τούτου εμφανίζονται έως και δύο δισεκατομμύρια έτη νεότερα από ό, τι είναι στην πραγματικότητα. Αυτό, με τη σειρά του, έχει αντίκτυπο στην κατανόηση των αστρικών ομάδων που αποτελούν μέρος αυτών των λευκών νάνων.
Όλοι οι λευκοί νάνοι δεν κρυσταλλώνουν με τον ίδιο ρυθμό. Τα αστέρια πιο μεγάλης μάζας ψύχονται πιο γρήγορα και θα φτάσουν στη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει η κρυστάλλωση σε περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Οι λευκοί νάνοι με χαμηλότερες μάζες, που είναι πιο κοντά στο αναμενόμενο τελικό στάδιο του Ήλιου μας, ψύχονται με βραδύτερο τρόπο, απαιτώντας έως και έξι δισεκατομμύρια χρόνια για να μετατραπούν σε νεκρές συμπαγείς σφαίρες.
Ο ήλιος μας έχει ακόμα περίπου πέντε δισεκατομμύρια χρόνια πριν γίνει λευκός νάνος και οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι θα χρειαστούν άλλα πέντε δισεκατομμύρια χρόνια μετά για να ψυχθεί τελικά σε μια κρυστάλλινη σφαίρα.
