Представьте себе тлеющие со временем угли походного костра. Такова судьба большинства звезд во Вселенной. После того, как их ядерное топливо будет израсходовано, 98 процентов звезд, включая наше Солнце, в конечном итоге станут белыми карликами. Считается, что эти маленькие плотные остатки просто остывают, становясь все более тусклыми по мере старения Вселенной. В 2019 году астрономы обнаружили группу белых карликов, которые таинственным образом перестали охлаждаться. У этих "вечно молодых" звезд температура поверхности остается почти постоянной в течение как минимум восьми миллиардов лет — невероятный промежуток времени, учитывая возраст Вселенной 13,8 миллиардов лет. Что-то подпитывает эти звезды изнутри, но, учитывая, что у них закончился источник ядерного топлива, ученые не были уверены, что может заставлять их сиять так ярко. Наше исследование, недавно опубликованное в Nature, представляет решение этой головоломки. Используя информацию, собранную космической обсерваторией Gaia Европейского космического агентства, исследователи обнаружили, что некоторые белые карлики практически перестают охлаждаться.
Изучая распределение белых карликов в зависимости от температуры (от горячей к холодной) в данных Gaia, астрономы заметили скопление белых карликов при промежуточных температурах. Это указывает на то, что некоторые белые карлики проводят больше времени при этих промежуточных температурах — на восемь миллиардов лет больше, чем считалось возможным. Белые карлики странные существа. Простая чайная ложка вещества из их ядер весит несколько тонн. При таких экстремальных плотностях материя может вести себя странно. Несмотря на то, что внутри белых карликов температура в миллионы градусов, плотность достаточно высока, чтобы они могли замерзнуть до твердого состояния. Они образуют кристаллы из углерода, кислорода и других элементов, присутствующих в их недрах. Образование этих кристаллов обычно начинается в центре звезды, где плотность самая высокая. По мере остывания белого карлика в последовательных слоях образуется все больше кристаллов, пока почти вся звезда не станет полностью твердой.
Однако эта кристаллизация наизнанку применима не ко всем белым карликам. Мы обнаружили, что самые тяжелые элементы, присутствующие в белых карликах, удаляются из кристаллов по мере их образования, точно так же, как соль удаляется из кристаллов льда при замерзании морской воды. Кристаллы становятся менее плотными, чем их окружение, и всплывают, как кубики льда в стакане воды. Поскольку кристаллы не остаются на месте, ядро не может просто замерзнуть изнутри. Движения, создаваемые плавающими кристаллами, изменяют химический состав внутри звезды. Постепенно самые тяжелые элементы перемещаются к центру. Это высвобождает постоянный поток гравитационной энергии, который поддерживает сияние звезды при почти постоянной температуре в течение миллиардов лет. Плавающие кристаллы могут приостановить процесс звездного старения, обеспечивая последний источник энергии для мертвых звезд. До сих пор эта пауза в охлаждении была окончательно выявлена только для небольшой части популяции белых карликов. Высокие массы и своеобразный состав этих аномальных белых карликов позволяют предположить, что у них была довольно бурная история. Скорее всего, они являются продуктами звездных слияний — событий, при которых две звезды сталкиваются и объединяются.
Но это может быть только верхушкой айсберга. Основываясь на наших результатах, мы подозреваем, что почти все белые карлики, а не только объединившиеся, испытывают некоторую паузу охлаждения в процессе своей эволюции. Однако эта более универсальная пауза охлаждения была бы намного короче, чем перерыв в несколько миллиардов лет, изученный до сих пор. Продолжаются наблюдения, чтобы попытаться идентифицировать эту более короткую паузу охлаждения у остальной популяции белых карликов. Эти находки имеют значение для звездной археологии. Чем холоднее белый карлик, тем он, должно быть, старше. Точно так же, как археологи используют датировку по углероду-14 для определения возраста артефактов и реконструкции истории города или цивилизации, астрономы полагаются на охлаждение белых карликов, чтобы измерить возраст звезд и понять историю нашей галактики Млечный Путь. Наше открытие усложняет задачу. Белый карлик с определенной температурой может быть на миллиарды лет старше, чем предполагалось изначально, из-за образования этих плавающих кристаллов. Сейчас главное - выяснить, какие звезды испытывают эту паузу охлаждения, а какие нет.
