Финальный этап эволюции большинства звёзд, включая наше Солнце, — это трансформация в белый карлик. Когда красный карлик или звезда аналогичная Солнцу исчерпывают запасы водорода и гелия, оставшиеся остатки сжимаются под воздействием собственной гравитации. Компрессия продолжается до тех пор, пока квантовое давление электронов не уравновесит гравитацию. Начальной стадией для белых карликов являются горячие остатки материи, которые со временем охлаждаются и затухают.
Источник: University of Warwick / Mark Garlick
Отсутствие ядерного синтеза приводит к тому, что белые карлики поддерживают свою температуру только благодаря остаточной тепловой энергии. Это позволяет астрономам определить возраст белого карлика на основе его температуры. В общем случае чем ниже температура, тем старше звезда. Однако некоторые белые карлики проявляют неожиданное поведение, оказываясь горячее, чем можно было бы ожидать. Недавние исследования проведённые астрономами позволяют понять, почему некоторые белые карлики сохраняют свою температуру на протяжении более продолжительного времени.
Результаты связываются с процессом кристаллизации, который происходит с внутренней частью белого карлика. В начальные моменты существования, белый карлик обладает плотной оболочкой и более пластичной внутренней частью. Материя под оболочкой постепенно охлаждается и может кристаллизоваться. Традиционно считалось, что кристаллизация начинается в ядре, где наибольшее давление, после чего распространяется на поверхность звезды по мере остывания. Такая последовательность событий приводит к быстрому начальному охлаждению, затем периоду стабильной температуры поверхности и, наконец, окончательному охлаждению после завершения кристаллизации ядра.
Однако новые исследования указывают на возможность альтернативных сценариев кристаллизации. Вместо образования крупных кристаллических структур, в этом сценарии могут образовываться более мелкие. Такие небольшие структуры менее плотны по сравнению с окружающей материей и поднимаются вверх от ядра, образуя слой вокруг всё ещё горячего ядра. Это позволяет белому карлику сохранять тепло на протяжении более продолжительного времени, из-за чего некоторые белые карлики могут казаться намного горячее и моложе, чем они есть на самом деле. Это означает, что астрономы не могут полагаться только на температуру в качестве показателя возраста для всех белых карликов.
Пока учёным неизвестно, почему некоторые белые карлики кристаллизуются от ядра и формируют поверхностный слой, а другие — нет. Одним из ключевых факторов может быть различие в их составе. Большинство белых карликов формируются из одиночных старых звёзд, в то время как другие происходят в результате слияния двойных звёзд. Различия в составе могут оказывать влияние на процесс кристаллизации и формирование защитного слоя.
Это исследование открыло новые пути для дальнейших исследований белых карликов и их сложной физики.