Само на сто светлинни години от нас, в нашия звезден квартал, е открито бяло джудже, чиято температура не отговаря на реалната му възраст. Това показва, че мъртвата звезда се подхранва от кристализацията на нейната вътрешност, бавно превръщайки се в черно джудже, обект, който досега е известен само на теория. Самата Вселена е твърде млада за това и е възможно в нея все още да не се е появил такъв обект.

Когато определен тип мъртви звезди се охлаждат, те постепенно се втвърдяват и кристализират. Астрономи откриват такава звезда наблизо - бяло джудже, съставено предимно от въглерод и метален кислород, само на 104 светлинни години от нас, чийто температурно-масов профил показва, че центърът на звездата се превръща в плътен, твърд "космически диамант", съставен от кристализирали въглерод и кислород.

Откритието е описано подробно в статия, публикувана в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и достъпна на сайта за предпринти arXiv.

"В тази работа представяме откриването на нова квадратна система, подобна на Сириус, на разстояние 32 парсека, съставена от кристализиращо бяло джудже, спътник на известната досега тройка HD 190412", пишат международен екип от астрономи, ръководен от Александър Венер (Alexander Venner) от Университета на Южен Куинсланд в Австралия.

"Поради връзката си с тези спътници от главната последователност това е първото кристализиращо бяло джудже, чиято обща възраст може да бъде външно ограничена - факт, който използваме, като се опитваме емпирично да измерим забавянето на охлаждането, причинено от кристализацията на ядрото на бялото джудже."

Всяка звезда, генерирана от атомния синтез, един ден ще изчерпи горивото си и ще се превърне в нещо различно.

За огромното мнозинство от звездите - тези с маса, по-малка от около осем пъти тази на Слънцето, и включително Слънцето - това нещо е бяло джудже.

Когато горивото се изчерпи, външният материал на звездата се разпилява в околното пространство, а останалото ядро, което вече не се поддържа от външното налягане, осигурявано от термоядрения синтез, ще се свие до ултраплътен обект с размерите на Земята или Луната, но с маса, непревишаваща границата на Чандрасекар или 1.44 слънчеви маси.

Бялото джудже Сириус В в сравнение със Земята. Въпреки че е сравним по размер с нашата планета, неговата маса е 98% от масата на Слънцето. Кредит: ESA and NASA

Материята в звездите бели джуджета е силно уплътнена, но тя не може да се свие още повече благодарение на налягането на принципа на Паули (вж "Принципът на Паули. Еволюцията на звездите"). Два електрона не могат да заемат идентични състояния и това не позволява на бялото джудже да стане още по-плътно, както е при неутронните звезди или черните дупки.

Звездите бели джуджета са бледи, но все още светят с остатъчна топлина. С течение на времето те се охлаждат и се очаква да еволюират в нещо, наречено черно джудже, когато загубят цялата си топлина и се превърнат в студен  кристализирал въглерод или огромен "диамант".

Звезда от типа бяло джудже в процес на втвърдяване. Кредит: University of Warwick/Mark Garlick

Изчисленията показват, че за този процес е нужно много дълго време, около един квадрилион години (това е милион милиарда години) - тъй като Вселената е само на около 13,8 милиарда години, не очакваме скоро да открием такова.

Това, което може да се направи, е да се идентифицират признаците на кристализация, започваща в ядрата на белите джуджета, които виждаме около нас.

По време на кристализацията въглеродните и кислородните атоми в бялото джудже престават да се движат свободно и образуват връзки, като се подреждат в кристална решетка. При този процес се освобождава енергия, която се разсейва под формата на топлина.

Това води до своеобразно плато или забавяне на охлаждането на звездите бели джуджета, което може да се забележи по цвета и яркостта на звездата, което я прави да изглежда по-млада, отколкото е в действителност.

За да се прецени точно яркостта на една звезда, трябва да се знае с точност на какво разстояние се намира тя - нещо, което стана много по-възможно през последните години благодарение на високоточните звездни карти, извършени от мисията Gaia. Това означава, че сега вече може да се идентифицират кристализиращите бели джуджета с много по-голяма сигурност.

Космически телескоп Gaia. Кредит: ESA

Венер и колегите му използват данните от Gaia за търсене на многозвездни системи, като идентифицират звезди, чиято връзка с други звезди може да е била неясна.

И те откриват, че една наскоро открита звезда бяло джудже (не забравяйте, че те са много бледи) е гравитационно свързана с това, което се е смятало за система от три звезди, наречена HD 190412.

Откриването на бялото джудже, сега наречено HD 190412 C, превръща тройката в четворка, но се случва и нещо повече. Свойствата му подсказват, че то е в процес на кристализация.

Не е известно дали този кристал на бялото джудже е диамант или не; плътността на белите джуджета е над около 1 милион килограма на кубичен метър, докато плътността на диаманта е около 3500 килограма на кубичен метър. Съществуват по-плътни алотропи на въглерода; от друга страна, в космоса се носят много диаманти.

Другите три звезди в системата позволяват на екипа да определи външно възрастта на бялото джудже - нещо, което не е правено досега за известно кристализиращо бяло джудже.

Възрастта на системата е около 7,3 милиарда години. Възрастта на бялото джудже изглежда е около 4,2 милиарда години. Разминаването е 3,1 милиарда години, което предполага, че скоростта на кристализация е забавила скоростта на охлаждане на бялото джудже с около 1 милиард години, казват изследователите.

Само по себе си датирането не е достатъчно, за да се променят моделите на кристализация на белите джуджета, но откритието и близостта му до Земята подсказват, че може би има още много такива системи, които може да се използват за сравнителен анализ на този завладяващ процес.

"Ние предлагаме откриването на тази система само на 32 парсека да подскаже, че подобни на Сириус системи, съдържащи кристализиращи бели джуджета, вероятно са многобройни. Следователно бъдещите открития могат да позволят по-силни проверки на моделите за кристализация на белите джуджета", пишат изследователите.

"Стигаме до заключението, че откриването на системата HD 190412 откри нов път за разбиране на кристализиращите бели джуджета."

A crystallizing white dwarf in a sirius-like quadruple system Get access Arrow, Alexander Venner, Simon Blouin, Antoine Bédard, Andrew Vanderburg
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stad1719, https://doi.org/10.1093/mnras/stad1719 

White Dwarf Star Enters Its Crystallization Era, Turning Into A 'Cosmic Diamond', Science Alert