Het eerste directe bewijs van het stollen van witte dwergsterren tot kristallen is ontdekt door astronomen aan de Universiteit van Warwick, en onze hemel is ermee gevuld.

Waarnemingen hebben aangetoond dat dode overblijfselen van sterren zoals onze zon, witte dwergen genoemd, hebben een kern van vaste zuurstof en koolstof vanwege een faseovergang tijdens hun levenscyclus vergelijkbaar met water dat in ijs verandert, maar bij veel hogere temperaturen. Dit zou ze potentieel miljarden jaren ouder kunnen maken dan eerder werd gedacht.

De vondst, onder leiding van Dr. Pier-Emmanuel Tremblay van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Warwick, is gepubliceerd in Natuur en is grotendeels gebaseerd op waarnemingen die zijn gedaan met de Gaia-satelliet van de European Space Agency.

Witte dwergsterren zijn enkele van de oudste stellaire objecten in het universum. Ze zijn ongelooflijk nuttig voor astronomen, omdat ze dankzij hun voorspelbare levenscyclus kunnen worden gebruikt als kosmische klokken om de leeftijd van groepen naburige sterren met een hoge mate van nauwkeurigheid te schatten. Ze zijn de resterende kernen van rode reuzen nadat deze enorme sterren zijn gestorven en hun buitenste lagen hebben afgestoten en voortdurend afkoelen terwijl ze hun opgeslagen warmte in de loop van miljarden jaren vrijgeven.

De astronomen selecteerden er 15, 000 witte dwergkandidaten binnen ongeveer 300 lichtjaar van de aarde op basis van waarnemingen gemaakt door de Gaia-satelliet en geanalyseerde gegevens over de helderheid en kleuren van de sterren.

Ze identificeerden een stapeling, een overmaat van het aantal sterren bij specifieke kleuren en lichtsterkten die niet overeenkomen met een enkele massa of leeftijd. In vergelijking met evolutionaire modellen van sterren, de stapeling valt sterk samen met de fase in hun ontwikkeling waarin voorspeld wordt dat latente warmte in grote hoeveelheden vrijkomt, wat resulteert in een vertraging van hun koelproces. Naar schatting hebben deze sterren in sommige gevallen hun veroudering met wel 2 miljard jaar vertraagd, of 15 procent van de leeftijd van onze melkweg.

Dr. Tremblay zei:"Dit is het eerste directe bewijs dat witte dwergen kristalliseren, of overgang van vloeibaar naar vast. Vijftig jaar geleden werd voorspeld dat we door kristallisatie een opeenstapeling van het aantal witte dwergen zouden waarnemen bij bepaalde lichtsterkten en kleuren en nu pas is dat waargenomen.

"Alle witte dwergen zullen op een bepaald punt in hun evolutie kristalliseren, hoewel meer massieve witte dwergen het proces eerder doormaken. Dit betekent dat miljarden witte dwergen in onze melkweg het proces al hebben voltooid en in wezen kristallen bollen in de lucht zijn. De zon zelf zal over ongeveer 10 miljard jaar een kristalwitte dwerg worden."

Kristallisatie is het proces waarbij een materiaal een vaste toestand wordt, waarin de atomen een geordende structuur vormen. Onder de extreme druk in witte dwergkernen, atomen zijn zo dicht opeengepakt dat hun elektronen ongebonden worden, een geleidend elektronengas achterlatend, beheerst door de kwantumfysica, en positief geladen kernen in een vloeibare vorm. Als de kern afkoelt tot ongeveer 10 miljoen graden, er is voldoende energie vrijgekomen dat de vloeistof begint te stollen, vormen een metalen kern in het hart met een mantel versterkt in koolstof.

Dr. Tremblay voegt toe:"We hebben niet alleen bewijs van warmteafgifte bij het stollen, maar er is aanzienlijk meer energie nodig om de waarnemingen te verklaren. We denken dat dit komt doordat de zuurstof eerst kristalliseert en dan naar de kern zakt, een proces vergelijkbaar met sedimentatie op een rivierbedding op aarde. Dit zal de koolstof naar boven duwen, en die scheiding zal gravitatie-energie vrijgeven.

"We hebben een grote stap voorwaarts gemaakt in het verkrijgen van nauwkeurige leeftijden voor deze koelere witte dwergen en dus oude sterren van de Melkweg. Veel van de eer voor deze ontdekking is te danken aan de Gaia-waarnemingen. Dankzij de nauwkeurige metingen die het kan van, we hebben het interieur van witte dwergen begrepen op een manier die we nooit hadden verwacht. Vóór Gaia hadden we 100-200 witte dwergen met precieze afstanden en lichtsterkten - en nu hebben we 200, 000. Dit experiment met ultradichte materie is iets dat gewoon niet kan worden uitgevoerd in een laboratorium op aarde."