Für uns können Sterne wie geschliffene Juwelen aussehen, die kalt vor der samtenen Dunkelheit des Nachthimmels glitzern. Und für einige von ihnen mag das tatsächlich zutreffen.
Wenn eine bestimmte Art von totem Stern abkühlt, verhärtet er sich allmählich und kristallisiert. Astronomen haben in unserem kosmischen Hinterhof jemanden gefunden, der genau das tut: einen Weißen Zwerg, der hauptsächlich aus Kohlenstoff und metallischem Sauerstoff besteht, nur 104 Lichtjahre entfernt, dessen Temperatur-Massen-Profil darauf hindeutet, dass sich das Zentrum des Sterns in eine dichte, harte „“ „kosmischer Diamant“, bestehend aus kristallisiertem Kohlenstoff und Sauerstoff.
Die Entdeckung wird in einem in die Studie aufgenommenen Papier detailliert beschrieben Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society und verfügbar auf der Preprint-Website arXiv.
„In dieser Arbeit präsentieren wir die Entdeckung eines neuen Sirius-ähnlichen Vierfachsystems in einer Entfernung von 32 Parsec, das aus einem kristallisierenden Weißen Zwerg-Begleiter des zuvor bekannten Dreifach-HD 190412 besteht“, schreibt ein internationales Astronomenteam unter der Leitung von Alexander Venner von der Universität von Süd-Queensland in Australien.
„Aufgrund seiner Verbindung mit diesen Hauptreihenbegleitern ist dies der erste kristallisierende Weiße Zwerg, dessen Gesamtalter von außen bestimmt werden kann. Diese Tatsache machen wir uns zunutze, indem wir versuchen, eine durch die Kernkristallisation im Weißen Zwerg verursachte Abkühlungsverzögerung empirisch zu messen.“ .”
Alle Dinge im Universum müssen sich ändern. Jeder Stern, der am Firmament hängt und hell im Licht der Atomfusion leuchtet, wird eines Tages keinen Treibstoff mehr für sein Feuer haben und sich zu etwas Neuem entwickeln.
Für die überwiegende Mehrheit der Sterne – diejenigen unter etwa der achtfachen Sonnenmasse, einschließlich der Sonne – handelt es sich bei diesem Etwas um einen Weißen Zwerg.
Wenn der Treibstoff aufgebraucht ist, wird die äußere Materie des Sterns in den umgebenden Raum geschleudert, und der verbleibende Kern, der nicht mehr durch den durch die Fusion erzeugten Außendruck gestützt wird, kollabiert zu einem ultradichten Objekt von etwa der Größe der Erde (oder des Mondes). !), aber mit einer Masse von bis zu 1,4 Sonnen.
Die Materie in Weißen Zwergsternen ist stark komprimiert, wird aber durch den sogenannten Elektronenentartungsdruck daran gehindert, weiter zu kollabieren. Keine zwei Elektronen können identische Zustände einnehmen, und das verhindert, dass der Weiße Zwerg noch dichter wird, wie man es in einem Neutronenstern oder Schwarzen Loch sieht.
Weiße Zwerge sind schwach, aber sie leuchten immer noch mit Restwärme. Mit der Zeit kühlen sie ab und es wird erwartet, dass sie sich zu sogenannten Schwarzen Zwergsternen entwickeln, wenn sie ihre gesamte Wärme verlieren und zu einem kalten Klumpen aus kristallisiertem Kohlenstoff werden.
Berechnungen zufolge dauert dieser Prozess sehr lange, etwa eine Billiarde Jahre (das sind eine Million Milliarden Jahre); Da das Universum nur etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist, rechnen wir nicht damit, in absehbarer Zeit eines zu finden.
Was wir tun können, ist, die Anzeichen einer Kristallisation zu identifizieren, die in den Kernen der Weißen Zwerge beginnt, die wir um uns herum sehen.
Während der Kristallisation hören die Kohlenstoff- und Sauerstoffatome im Inneren des Weißen Zwergs auf, sich frei zu bewegen, bilden Bindungen und ordnen sich in einem Kristallgitter an. Bei diesem Vorgang wird Energie freigesetzt, die in Form von Wärme abgegeben wird.
Dies führt zu einer Art Plateau oder einer Verlangsamung der Abkühlung von Weißen Zwergsternen, was sich an der Farbe und Helligkeit des Sterns beobachten lässt und ihn jünger erscheinen lässt, als er tatsächlich ist.
Um die Helligkeit eines Sterns genau zu messen, muss man genau wissen, wie weit er entfernt ist. Dies ist in den letzten Jahren durch die hochpräzise Sternkartierung der Gaia-Mission viel besser möglich geworden.
Das bedeutet, dass wir kristallisierende Weiße Zwerge jetzt viel sicherer identifizieren können.
Venner und seine Kollegen nutzten die Gaia-Daten, um nach mehreren Sternensystemen zu suchen, indem sie Sterne identifizierten, deren Verbindung zu anderen möglicherweise unklar war.
Und sie fanden heraus, dass ein kürzlich entdeckter Weißer Zwerg (denken Sie daran, dass diese Dinge sehr dunkel sind) gravitativ mit einem System aus drei Sternen namens HD 190412 verbunden war.
Die Entdeckung des Weißen Zwergs, der jetzt den Namen HD 190412 C trägt, machte aus dem Triplett ein Vierling, aber da war noch mehr los. Seine Eigenschaften lassen darauf schließen, dass es einen Kristallisationsprozess durchläuft.
Ob dieser Weiße-Zwerg-Kristall ein Diamant ist oder nicht, ist unbekannt; Die Dichte von Weißen Zwergen liegt bei über etwa 1 Million Kilogramm pro Kubikmeter, während die Dichte von Diamant bei etwa 3.500 Kilogramm pro Kubikmeter liegt. Es gibt dichtere Kohlenstoffallotrope; Andererseits gibt es da draußen im Weltall jede Menge Diamanten.
Die anderen drei Sterne im System ermöglichten es dem Team, das Alter des Weißen Zwergs extern einzuschränken – etwas, das bei einem bekannten kristallisierenden Weißen Zwerg noch nie zuvor durchgeführt wurde.
Das Alter des Systems beträgt rund 7,3 Milliarden Jahre. Das Alter des Weißen Zwergs scheint etwa 4,2 Milliarden Jahre zu betragen. Die Diskrepanz beträgt 3,1 Milliarden Jahre, was darauf hindeutet, dass die Kristallisationsrate die Abkühlungsrate des Weißen Zwergs um etwa 1 Milliarde Jahre verlangsamt hat, sagen die Forscher.
An und für sich reicht die Datierung nicht aus, um unsere Modelle der Kristallisation von Weißen Zwergen zu ändern, aber die Entdeckung und ihre Nähe zur Erde legen nahe, dass es möglicherweise noch viele weitere solcher Systeme gibt, die wir zum Benchmarking dieses faszinierenden Prozesses nutzen können.
„Wir schlagen vor, dass die Entdeckung dieses Systems bei nur 32 Parsec darauf hindeutet, dass es wahrscheinlich zahlreiche ähnliche Sirius-ähnliche Systeme mit kristallisierenden Weißen Zwergen geben wird. Zukünftige Entdeckungen könnten daher bessere Tests von Kristallisationsmodellen Weißer Zwerge ermöglichen“, schreiben die Forscher.
„Wir kommen zu dem Schluss, dass die Entdeckung des HD 190412-Systems einen neuen Weg zum Verständnis kristallisierender Weißer Zwerge eröffnet hat.“
Die Forschung wurde in die aufgenommen Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Societyund ist auf arXiv verfügbar.