Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Zwevende kristallen vertragen de veroudering van sterren. Voor sommige sterren kan dit de dood met miljarden jaren vertragen

Uitzicht op de hele Melkweg, gemaakt door het Gaia-ruimteobservatorium van de European Space Agency. Credit:ESA/Gaia/DPAC

Stel je de sintels van een kampvuur voor, die na verloop van tijd langzaam doven. Dat is het lot waarmee de meeste sterren in het universum worden geconfronteerd. Nadat hun nucleaire brandstof is opgebruikt, zal 98 procent van de sterren – inclusief onze zon – uiteindelijk witte dwergen worden. Er wordt gedacht dat deze kleine, dichte overblijfselen eenvoudigweg afkoelen en steeds zwakker worden naarmate het universum ouder wordt.



In 2019 ontdekten astronomen een groep witte dwergen die op mysterieuze wijze stopten met afkoelen. Deze ‘eeuwig jonge’ sterren blijven minstens acht miljard jaar op een vrijwel constante oppervlaktetemperatuur – een ongelooflijke tijdsduur, aangezien het universum 13,8 miljard jaar oud is.

Iets voedt deze sterren van binnenuit, maar aangezien ze geen nucleaire brandstofbron meer hebben, weten wetenschappers niet wat de reden kan zijn dat ze zo helder blijven schijnen. Ons onderzoek, onlangs gepubliceerd in Nature , presenteert de oplossing voor dit raadsel.

Met behulp van informatie verzameld door het Gaia-ruimteobservatorium van de European Space Agency ontdekten onderzoekers dat sommige witte dwergen in wezen stoppen met afkoelen.

Door te bestuderen hoe witte dwergen worden verdeeld als functie van de temperatuur (van warm naar koud) in de Gaia-gegevens, merkten astronomen een opeenstapeling van witte dwergen op bij gemiddelde temperaturen. Dit geeft aan dat sommige witte dwergen meer tijd bij deze tussentemperaturen doorbrengen:acht miljard jaar meer dan voor mogelijk werd gehouden.

Stellaire kristallen

Witte dwergen zijn raar. Slechts een theelepel materiaal uit hun kernen weegt enkele tonnen. Onder zulke extreme dichtheden kan materie zich vreemd gedragen. Ook al is het binnenste van witte dwergen miljoenen graden heet, de dichtheid is zo hoog dat ze kunnen bevriezen tot een vaste toestand. Ze vormen kristallen uit de koolstof, zuurstof en andere elementen die in hun interieur aanwezig zijn.

De vorming van deze kristallen begint normaal gesproken in het centrum van de ster, waar de dichtheid het hoogst is. Naarmate de witte dwerg afkoelt, worden er in opeenvolgende lagen meer kristallen gevormd totdat bijna de hele ster volledig vast is.

Deze inside-out-kristallisatie is echter niet van toepassing op alle witte dwergen. We ontdekten dat de zwaarste elementen die aanwezig zijn in witte dwergen uit de kristallen worden verdreven terwijl ze worden gevormd, net zoals zout uit ijskristallen wordt verdreven wanneer zeewater bevriest.

Interview met astrofysica-onderzoeker Simon Blouin van de Universiteit van Victoria.

De kristallen worden minder dicht dan hun omgeving en drijven als ijsblokjes in een glas water. Omdat de kristallen niet op hun plek blijven zitten, kan de kern niet zomaar van binnenuit bevriezen.

De bewegingen die door de zwevende kristallen worden gecreëerd, herschikken de chemische lagen in de ster. Geleidelijk worden de zwaarste elementen naar het midden getransporteerd. Hierbij komt een gestage stroom zwaartekrachtenergie vrij die ervoor zorgt dat de ster miljarden jaren lang op een vrijwel constante temperatuur blijft schijnen.

Zwevende kristallen kunnen het verouderingsproces van sterren onderbreken en zo een laatste energiebron vormen voor anders dode sterren.

De uitzondering of de regel?

Tot nu toe is deze afkoelingspauze slechts voor een klein deel van de witte dwergpopulatie definitief geïdentificeerd. De hoge massa en bijzondere composities van deze afwijkende witte dwergen suggereren dat ze een behoorlijk gewelddadige geschiedenis hadden. Hoogstwaarschijnlijk zijn ze het product van stellaire fusies:gebeurtenissen waarbij twee sterren botsen en samenkomen.

Maar dit kan slechts het topje van de ijsberg zijn. Op basis van onze bevindingen vermoeden we dat bijna alle witte dwergen, en niet alleen de samengevoegde, tijdens hun evolutie een afkoelingspauze ervaren. Deze meer universele afkoelingspauze zou echter veel korter zijn dan de onderbreking van meerdere miljarden jaren die tot nu toe is bestudeerd.

Waarnemingen zijn aan de gang om deze kortere afkoelingspauze bij de rest van de witte dwergpopulatie te identificeren.

Kosmische klokken

Deze bevindingen hebben implicaties voor de stellaire archeologie. Hoe koeler de witte dwerg, hoe ouder hij moet zijn. Net zoals archeologen koolstof-14-datering gebruiken om de ouderdom van artefacten te bepalen en de geschiedenis van een stad of beschaving te reconstrueren, vertrouwen astronomen op witte dwergkoeling om de leeftijd van sterren te meten en de geschiedenis van ons Melkwegstelsel te begrijpen.

Onze ontdekking maakt dit ingewikkelder. Een witte dwerg met een bepaalde temperatuur zou door de vorming van deze zwevende kristallen miljarden jaren ouder kunnen zijn dan aanvankelijk werd aangenomen. De sleutel is nu om erachter te komen welke sterren deze afkoelingspauze ervaren en welke niet.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Brandende chili houdt olifanten op afstand, nieuwe studie vondsten
  2. Het bloedstamcelonderzoek dat de geneeskunde van de toekomst zou kunnen veranderen
  3. Uit herbebossingsonderzoek blijkt dat slechts enkele boomsoorten een eeuw van snelle klimaatverandering kunnen overleven
  4. Waarom maakt mijn kat me zo vroeg wakker en wat kan ik eraan doen?
  5. Zeebodemlandschap cruciaal voor visbehoud
  6. Bronnen van de Lactase Enzyme
  7. Niet zo koude eend? Man blijft zoeken naar uitgestorven vogel
  8. Nieuwe intermoleculaire oppervlaktekracht onthult actomyosine-aandrijfmechanisme
  9. Wat zijn de effecten van isolatie in de geest?

Wetenschap