Новое открытие может предсказать конец Вселенной

Когда звезда определенной массы прекращает ядерный синтез, она становится белым карликом, и все, что остается — это остаточное тепло. В конце концов, она остынет до темноты, оставив холодный мертвый кристалл, известный как черный карлик.

Мы не думаем, что Вселенная достаточно стара, чтобы такой процесс полностью завершился, поэтому не можем это подтвердить. Теперь, похоже, астрономы обнаружили свидетельство существования белого карлика, на котором водород все еще стабильно горит, хотя и на поверхности, а не в ядре.

Это говорит о том, что остатки звездных ядер могут стареть и умирать даже медленнее, чем мы думали, задерживая свою окончательную гибель, сжигая богатые водородом внешние оболочки.

«Мы нашли первые доказательства того, что белые карлики все еще могут подвергаться стабильной термоядерной активности», — сказал астроном Цзяньсин Чен из Итальянского национального института астрофизики в Италии.

«Это было большим сюрпризом, так как противоречит общепринятому мнению».

Белые карлики — это поздняя стадия эволюции звезд с малой массой, которая примерно в восемь раз превышает массу Солнца. Когда подобные звезды заканчивают свою жизнь на главной последовательности и больше не могут плавить водород в своих ядрах, они выбрасывают свой внешний материал.

Оставшееся ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, коллапсирует в сверхплотный объект. Это белый карлик, и его максимальная масса примерно в 1,4 раза больше массы Солнца.

Белые карлики очень горячие. Вселенной около 13,8 миллиарда лет; Согласно моделированию, белому карлику требуется гораздо больше времени, чтобы полностью остыть. Но мы очень заинтересованы в этом процессе. Астрономы предсказывают, что примерно 97 процентов всех звезд во Вселенной, включая Солнце, закончат свою жизнь таким образом. Знание того, как развиваются белые карлики, может помочь предсказать конец Вселенной.

Астрономы подсчитали, с какой скоростью должны остывать белые карлики, а это значит, что, зная массу и температуру белого карлика, мы сможем определить его возраст. Это можно использовать как инструмент для оценки возраста звездных скоплений, в которых можно найти популяции белых карликов.

Мы также можем наблюдать несколько скоплений, чтобы посмотреть на разные стадии эволюции белых карликов и сравнить их. Именно этим занимались Чен и его команда, используя широкоугольную камеру космического телескопа Хаббл для изучения белых карликов в двух звездных скоплениях, названных M3 и M13.

Эти два скопления интересны тем, что звезды в них имеют схожую металличность — количество элементов тяжелее гелия. Таких элементов не было во Вселенной до тех пор, пока не появилось и не исчезло несколько поколений звезд, которые соединяли элементы в своих ядрах и высвобождали элементы во Вселенную. А значит по содержанию этих элементов можно примерно определить возраст звезд.

Звезды в M3 и M13 находятся на стадии эволюции, известной как горизонтальная ветвь. Это происходит сразу после того, как у звезды солнечной массы закончился водород, чтобы слиться в ее ядре. Она прошла стадию красного гиганта, в которой звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку и теперь синтезирует гелий.

Сходная металличность звезд в двух скоплениях означает, что звезды должны быть примерно одного возраста, но некоторые из звезд в M13 горят сильнее, чем звезды в M3, что позволяет предположить, что они могут охлаждаться по-разному.

Проведя наблюдения в ближнем ультрафиолетовом диапазоне, исследователи внимательно изучили более 700 белых карликов в двух скоплениях, чтобы увидеть различия.

Белые карлики в M3 были довольно обычным явлением — именно то, что мы ожидали увидеть при охлаждении сверхплотных звездных ядер. Белые карлики в M13, однако, были двух видов: нормальные и те, которые сохранили богатую водородом оболочку.

Компьютерное моделирование звездной эволюции показало, что эти звезды, составляющие примерно 70 процентов звезд в M13, сжигают водород в своих внешних оболочках. Благодаря этому они дольше остаются горячими, что в конечном итоге означает, что они стареют с другой скоростью, чем белые карлики, сияющие только за счет остаточного тепла.

«Наше открытие ставит под сомнение определение белых карликов, поскольку мы рассматриваем новый взгляд на то, как стареют звезды», — сказал астроном Франческо Ферраро из Итальянского национального института астрофизики.

«Сейчас мы исследуем другие скопления, похожие на M13, чтобы еще больше ограничить условия, заставляющие звезды поддерживать тонкую водородную оболочку, которая позволяет им медленно стареть».

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.