Международная группа ученых точно рассчитала возраст группы белых карликов. Результаты исследования открывают новые возможности для расширения нашего понимания эволюции звезд, физики плазмы и происхождения Вселенной в целом.
Команда ученых из Каталонского политехнического университета (UPC Barcelona Tech), Каталонского института космических исследований, Института космических наук Испанского национального исследовательского совета (CSIC), Национального университета Ла-Платы (Аргентина) и Ливерпульский университет Джона Мура (Великобритания) под руководством исследователя Энрике Гарсиа-Берро из отдела прикладной физики UPC продемонстрировали, что белые карлики в звездном скоплении NGC 6791 имеют возраст 8 миллиардов лет, а не 6 миллиардов, как раньше считал. Исследование открывает новые возможности для расширения наших знаний о происхождении Вселенной.
Результаты будут опубликованы в научном журнале Nature 13 мая.
Исследователи рассчитали эволюцию белых карликов от их рождения до настоящего времени. Их расчеты обеспечивают экспериментальное подтверждение теорий, которые были предложены, но до сих пор не подтверждены данными наблюдений. В частности, исследователи показали, что в недрах белых карликов происходит осаждение наиболее тяжелых элементов (под действием сильной гравитации звезд) и кристаллизация вещества (из-за огромного давления). Эти физические процессы высвобождают энергию внутри белых карликов и замедляют их эволюцию. При их правильном учете возраст звезд этого типа можно вычислить с точностью.
В течение многих лет ученые использовали возраст белых карликов для оценки возраста галактики и других звездных систем. Их оценки возраста этих звезд были основаны на теоретических соображениях, но уровень неопределенности был очень высок, потому что нельзя было продемонстрировать возникновение седиментации и кристаллизации в недрах белых карликов. До настоящего времени предложенные теории не были независимо проверены на основе данных наблюдений, поскольку в земных лабораториях невозможно достичь чрезвычайно высоких плотностей и температур, существующих внутри звезд (т. е. давления в миллионы граммов на кубический сантиметр и температур миллионов градусов). Оказалось, что расчеты этой группы исследователей совпадают с измерениями возраста NGC 6791 на основе снимков, сделанных космическим телескопом Хаббла.
Белые карлики - самые многочисленные звезды во Вселенной. Они также очень плотные - по массе подобны Солнцу, но с радиусом, сравнимым с радиусом Земли. На самом деле это звездные остатки, компактные остатки звезд, достигших своего окончательного эволюционного состояния, образовавшиеся, когда звезды исчерпали свое ядерное топливо. Они излучают накопленную тепловую энергию и поэтому обычно являются звездами очень низкой светимости.
Большинство белых карликов имеют ядра, состоящие из углерода и кислорода, хотя у них есть поверхностный слой из водорода и гелия. Когда они формируются, белые карлики очень горячие и яркие, но поскольку у них нет другого источника энергии, кроме накопленной тепловой энергии, они постепенно остывают и становятся менее яркими, пока не достигнут точки, в которой они перестают излучать. Однако белые карлики могут иметь продолжительность жизни в миллиарды лет. До сих пор большинство расчетов указывало, что белым карликам в звездном скоплении NGC 6791 было 6 миллиардов лет, но новое исследование показало, что на самом деле они родились 8 миллиардов лет назад.
Эта гипотеза была продемонстрирована путем моделирования всего процесса эволюции белых карликов таким образом, который включает два физических процесса, происходящих в ядре этих звезд, но ранее не учитывавшихся: эффект осаждения неона, фазовое разделение углерода и кислорода при кристаллизации, происходящее при более низких температурах.
Во время этих двух эволюционных стадий звезды выделяют гравитационную энергию, и охлаждение замедляется. Самые тусклые белые карлики в скоплении также являются самыми красными и самыми холодными, поэтому, если у ученых есть хорошие модели охлаждения, они могут рассчитать возраст скопления. Соответственно, ученые измерили цвет и яркость всех белых карликов в скоплении и подтвердили, что у самых слабых белых карликов в скоплении эффекты этих двух физических процессов замедляют охлаждение звезд, так что возраст скопления и у его белых карликов совпадают.
Надежные хронометры
Открытие имеет важное научное значение, поскольку оно подтверждает, что белые карлики могут использоваться в качестве независимых надежных хронометров для определения возраста многих звездных систем и, таким образом, способствуют расширению наших знаний о Вселенной. Полученные знания могут быть применены и в других областях, таких как физика плотной плазмы.