遠い将来、私たちの太陽は固体の結晶性白色矮星に変わります。ここにそれが起こる方法があります

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約50年前、天文学者たちは太陽の究極の運命がどうなるかを予測していました。理論によれば、太陽は数十億年後の水素燃料を使い果たし、膨張して赤巨星になり、その後、外層を取り除き、白色矮星になります。さらに数十億年の冷却の後、内部は結晶化して固体になります。

最近まで、天文学者はこの理論を裏付ける証拠がほとんどありませんでした。しかしESAのおかげで ガイア天文台、今や天文学者は何十万もの白い矮星を非常に正確に観測することができます-距離、明るさ、色を測定します。これにより、現在私たちが知っていて愛している暖かくて黄色い星ではなくなったとき、彼らは私たちの太陽の未来を研究することができました。

これらの発見を説明する研究は最近ジャーナルに掲載されました自然「進化する白い矮星の冷却シーケンスにおけるコアの結晶化と堆積」というタイトルで。この研究は、ウォリック大学の助教授であるPier-Emmanuel Tremblayが主導し、ウォリックの天文学と天体物理学のグループ、モントリオール大学、ノースカロライナ大学の複数の研究者が参加しました。

恒星の進化については、理論モデルと組み合わせた何十年もの観測により、天文学者はその分類に基づいて星に何が起こるかを結論付けることができました。大きな星（青いスーパージャイアントのような）は最終的に超新星になり、中性子星またはブラックホールになりますが、太陽のような小さな星は外層を放出して惑星状星雲になり、最終的には白色矮星としてそのライフサイクルを終了します。

これらの超高密度星は、冷却されると放射線を放出し続けます。この過程は数十億年続きます。最終的に、彼らの内部は十分に冷却されます-約1000万°C（5000万°F）-彼らのコアに加えられている極度の圧力がそこにある物質を結晶化させ、固体にする原因となります。これが天の川の星の最大97％の運命になると推定され、残りは中性子星またはブラックホールになります。

白色矮星は宇宙で最も古い星の1つであるため、天文学者にとって非常に有用です。それらのライフサイクルは予測可能であるため、「宇宙時計」として使用され、隣接する星のグループの年齢を高い精度で推定します。しかし、白色矮星が彼らのライフサイクルの終わりに向かってどうなるかを決定することは困難でした。

以前は、研究できる白色矮星の数に関しては、天文学者は限られていた。これらすべてが、 ガイア、これまでに作成された中で最も詳細な3D空間カタログを作成するために、過去数年を費やして星の位置、距離、運動を正確に測定した宇宙天文台。

最近のESAプレスリリースで示されたERC *スターティンググラントフェローのPier-Emmanuel Tremblay氏は次のように述べています。

「以前は、数百の白色矮星との距離しかなく、それらの多くは群れをなしていましたが、それらはすべて同じ年齢です。ガイアによって、距離、明るさ、色が数十万の白い矮星になり、初期の質量の範囲とあらゆる種類の年齢に及ぶ、天の川の外側の円盤にあるかなり大きなサンプルになりました。」

彼らの研究では、天文学者はGaiaデータを使用して、地球から300光年以内に15,000を超える恒星の残骸候補を分析しました。このサンプルから、彼らは、特定の色や光度が単一の質量や年齢に対応していなかった、星の数の過剰（別名、パイルアップ）を特定することができました。

このパイルアップは、かつて星の進化モデルと比較されていましたが、星が大量に熱を失う発達段階と一致しているように見えました。このプロセスにより、自然冷却プロセスの速度が低下し、死んだ星が減光しなくなり、実際よりも20億年も若く見えます。0

「これは、白色矮星が結晶化する、または液体から固体に移行する最初の直接的な証拠です」と、TremblayはWarwickの報道声明で説明しました。「結晶化により、特定の光度と色で白い矮星の数の増加が観察されるはずであると50年前に予測されていましたが、現在、これだけが観察されています。」

明るさが年齢と無関係であるこのパターンは、50年前に白色矮星を結晶化することについてなされた重要な予測の1つでした。現在、天文学者はこのプロセスの実際の証拠を持っているので、白い小人をどの星のグループに含めるべきかについての理解に影響を与える可能性があります。

「白色矮星は伝統的に、星の集団、外円盤、天の川のハローなどの恒星の個体群の年齢測定に使用されています」とTremblayは述べています。「これらのシステムの古さをより正確に推定するには、より良い結晶化モデルを開発する必要があります。」

たとえば、すべての白い小人は進化のある時点で結晶化しますが、かかる時間は星によって異なります。より大きな白い矮星はより速く冷却され、結晶化がより早く（約10億年で）起こる温度に達します。私たちの太陽になる小さな白色矮星は、同じ移行をするのに60億年もかかるかもしれません。

「これは、私たちの銀河の何十億もの白い小人がすでにプロセスを完了していて、本質的に空の結晶球であることを意味します」とトランブレは言いました。一方、私たちの太陽は、約100億年後にこの移行を経験することが期待できます。その時点で、私たちの太陽はその赤い巨枝相を抜け出し、白い矮星になり、結晶化のプロセスを開始します。