Астрономы обнаружили белый карлик, который превращается в космический алмаз

Звезды могут напоминать драгоценности, холодно сверкающие на фоне бархатной тьмы ночного неба. И для некоторых из них это может быть правдой.

По мере того как определенный тип мертвых звезд остывает, они постепенно затвердевают и кристаллизуются. Астрономы нашли именно такую звезду — белый карлик, состоящий в основном из углерода и металлического кислорода всего в 104 световых годах от нас, чей температурно-массовый профиль предполагает, что центр звезды превращается в плотный, твердый, космический алмаз, состоящий из кристаллизованного углерода и кислорода.

«В этой работе мы представляем открытие новой четверной системы, подобной Сириусу, на расстоянии 32 парсека, состоящей из кристаллизующегося белого карлика, компаньона ранее известной тройной звезды HD 190412», — пишет международная группа астрономов во главе с Александром Веннером из Университета Южного Квинсленда в Австралии.

«Благодаря связи с этими компаньонами главной последовательности, это первый кристаллизующийся белый карлик, чей общий возраст может быть ограничен извне, и мы используем этот факт, пытаясь эмпирически измерить задержку охлаждения, вызванную кристаллизацией ядра у белого карлика».

Каждая звезда во Вселенной должна измениться — однажды она исчерпает топливо (водород) для термоядерного синтеза и превратится во что-то новое.

Для подавляющего большинства звезд — тех, что примерно до восьми раз больше массы Солнца, включая Солнце — это новое будет белым карликом.

Когда топливо закончится, внешний материал звезды будет выброшен в окружающее пространство, а оставшееся ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением, создаваемым термоядерным синтезом, коллапсирует в сверхплотный объект размером с Землю (или даже Луну), но с массой до 1,4 массы Солнца.

Вещество в белых карликах сильно сжато, но от дальнейшего коллапса препятствует так называемое давление вырождения электронов. Никакие два электрона не могут занимать одинаковые состояния, и это не позволяет белому карлику стать еще более плотным, как это бывает в нейтронной звезде или черной дыре.

Белые карлики тусклые, но все еще светятся остаточным теплом. Со временем они остывают и, как ожидается, превратятся в нечто, называемое черными карликами, когда потеряют все свое тепло и станут холодным куском кристаллизованного углерода.

Расчеты показывают, что этот процесс занимает очень много времени, около квадриллиона лет (это миллион миллиардов лет); поскольку Вселенной всего около 13,8 миллиардов лет, ученые не ожидают найти черный карлик в ближайшее время.

Что они могут сделать, так это идентифицировать признаки кристаллизации, начинающиеся в ядрах белых карликов, которые находятся недалеко от Земли.

Во время кристаллизации атомы углерода и кислорода внутри белого карлика перестают свободно перемещаться и образуют связи, выстраиваясь в кристаллическую решетку. При этом выделяется энергия, которая рассеивается в виде тепла.

Это создает своего рода плато или замедление охлаждения белых карликов, что можно наблюдать по цвету и яркости звезды, из-за чего она кажется моложе, чем она есть на самом деле.

Чтобы точно измерить яркость звезды, нужно точно знать, как далеко она находится, что стало гораздо более возможным в последние годы благодаря высокоточному звездному картированию, проведенному миссией Gaia.

Это означает, что теперь астрономы могут идентифицировать кристаллизующиеся тусклые белые карлики с гораздо большей уверенностью.

Веннер и его коллеги использовали данные Gaia для поиска множественных звездных систем, определяя звезды, связь которых с другими могла быть неясной.

И они обнаружили, что недавно открытый белый карлик был гравитационно связан с тем, что считалось системой из трех звезд, названной HD 190412.

Открытие белого карлика, получившего название HD 190412 C, превратило тройку в четверку, но это еще не все. Его свойства предполагают, что он подвергается процессу кристаллизации.

Неизвестно, является ли этот кристалл белого карлика алмазом; плотность белых карликов превышает около 1 миллиона килограммов на кубический метр, а плотность алмаза составляет около 3500 килограммов на кубический метр. Существуют более плотные аллотропы углерода; с другой стороны, в космосе находится много алмазов.

Другие три звезды в системе позволили ученым внешне ограничить возраст белого карлика, чего раньше не делали для известных кристаллизующихся белых карликов.

Возраст системы составляет около 7,3 миллиарда лет. Возраст белого карлика составляет около 4,2 миллиарда лет. Расхождение составляет 3,1 миллиарда лет, что позволяет предположить, что скорость кристаллизации замедлила скорость охлаждения белого карлика примерно на 1 миллиард лет, говорят исследователи.

Самой по себе датировки недостаточно, чтобы изменить модели кристаллизации белых карликов, но открытие и его близость к Земле предполагают, что может быть гораздо больше таких систем, которые можно использовать для сравнительного анализа этого увлекательного процесса.

«Мы предполагаем, что открытие этой системы на расстоянии всего 32 парсека предполагает, что подобных систем, содержащих кристаллизующиеся белые карлики, вероятно, будет много. Таким образом, будущие открытия могут позволить провести более строгие проверки моделей кристаллизации белых карликов», — пишут исследователи.

«Мы пришли к выводу, что открытие системы HD 190412 дает новые возможности для понимания кристаллизующихся белых карликов».

Исследование описано в статье, принятой к публикации в MNRAS и доступной на веб-сайте препринтов arXiv.