Плавающие кристаллы приостанавливают охлаждение белых карликов

В конце своей жизни большинство звезд, включая Солнце, станут белыми карликами. После того, как красный карлик или звезда, подобная Солнцу, поглотит весь возможный водород и гелий, остатки звезды рухнут под собственным весом, сжимаясь еще больше, пока квантовое давление электронов не станет достаточно сильным, чтобы противостоять гравитации. Белые карлики начинают свои дни как ярко горячие скопление выродившейся материи и с возрастом становятся все холоднее и тусклее.

Поскольку белый карлик не производит новую энергию посредством ядерного синтеза, у него есть только остаточная тепловая энергия, чтобы сохранять тепло. Этот факт позволяет астрономам определять возраст белого карлика по его температуре. По сути, чем холоднее белый карлик, тем он старше. Но, похоже, находятся некоторые исключения.

У астрономов есть другие способы оценить возраст белого карлика, например, сравнить его с возрастом скопления звезд, в котором он находится. Они обнаружили, что некоторые белые карлики немного горячее, чем должны быть. Новое исследование может помочь объяснить, почему так происходит.

Это связано с тем, как внутренняя часть белого карлика со временем остывает. На заре своего существования белый карлик имеет внешнюю твердую кору с жидкой внутренней частью, похожую на структуру такой планеты, как Земля. Внутренняя часть представляет собой горячую жидкость выродившейся материи, но по мере охлаждения она может кристаллизоваться.

Обычно считалось, что кристаллизация начинается в ядре, где давление наибольшее, а затем распространяется наружу по мере остывания звезды. Это означает, что белые карлики испытывают быстрое начальное охлаждение, затем период кристаллизации, когда температура поверхности довольно постоянна, и, наконец, окончательный период охлаждения после завершения кристаллизации ядра.

Новое исследование показывает, как кристаллизация может происходить по-другому. Вместо объемной кристаллизации могут образовываться мелкие кристаллы. Так же, как кристаллы льда менее плотны, чем окружающая вода, так и эти первоначальные кристаллы материи белых карликов менее плотны, чем окружающая их материя. И подобно частицам льда, эти кристаллы всплывают вверх от ядра.

В результате кристаллы образуют изолирующий слой вокруг еще горячего ядра. В этой модели белые карлики изначально не так сильно охлаждаются и дольше остаются теплыми. Это означает, что некоторые белые карлики могут казаться намного теплее и моложе, чем они есть на самом деле, поэтому астрономы не могут просто использовать температуру в качестве меры возраста для всех белых карликов.

Не совсем понятно, почему некоторые белые карлики кристаллизуются от ядра наружу и почему некоторые образуют кристаллический слой, но это, вероятно, связано с различиями в составе. Одна из подсказок заключается в том, что большинство белых карликов образуются из одной старой звезды, тогда как другие белые карлики образуются во время слияний двух звезд. Они могут иметь более разнообразный состав, способствующий образованию кристаллического слоя.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.