Нещо прави мъртвите звезди изключително горещи и ние не знаем какво е то

Когато звезди от типа на Слънцето достигнат края на своя живот, те се превръщат в бели джуджета. Реално това е голото и смалено звездно ядро, което вече не е способно на ядрен синтез. То блести, но единствено и само с остатъчна топлина. Ядрото бавно, но сигурно (в продължение на милиарди години) се охлажда, докато най-накрая не изстине напълно и не изгасне.

Не всички бели джуджета обаче се охлаждат по същия начин. Миналата година астрономи откриха определен тип масивни бели джуджета, които изстиват по-бавно от останалите, защото най-вероятно притежават допълнителен източник на топлина. Но какъв?

Благодарение на ново изследване знаем, че със сигурност не става въпрос за утаяване на богат на неутрони стабилен изотоп на неона дълбоко в интериора на звездите.

Повечето звезди в Млечния път – тези под около 8 пъти масата на Слънцето – се превръщат в бели джуджета.

Когато останат без водород и хелий за своя ядрен синтез, звезди с подобна маса не разполагат с достатъчно налягане, което да разпали остатъчния въглерод. Те изхвърлят своя външен материал и ядрото им се свива до сфера, голяма горе-долу колкото Земята.

Тази сфера, състояща се предимно от въглерод и кислород, е изключително плътна – до 1,4 пъти масата на Слънцето.

Единствено т.нар. налягане на изродения електронен газ, което се генерира от неспособността на електроните с един и същи спин да заемат същото състояние, пречи на ядрото да се разпадне напълно.

Поради факта, че са толкова плътни и с толкова малка площ, им отнема изключително много време да се охладят. Веднъж щом ядрото на бялото джудже престане да се свива, то мога да достигне температури над 100 000 градуса по Целзий.

Астрономите смятат, че не е изминало достатъчно време от началото на Вселената, което да позволи на едно бяло джудже да се охлади напълно.

Т.нар. Q-подразделение на белите джуджета обаче, към което спадат около 6 процента от масивните бели джуджета, се охлаждат дори по-бавно. Според изследване, публикувано през 2019-а и оглавено от астронома Шиао Ченг от университета „Джонс Хопкинс“, този малък брой бели джуджета изстиват с около 8 млрд. години по-бавно в сравнение с останалите.

Според Ченг и неговият екип изтоп на неона, наречен неон-22, който се среща в малки количества в някои бели джуджета, вероятно е основният виновник. Ако неон-22 попадне в центъра на ядро на бели джуджета, състоящо се от въглерод и кислород, той би могъл да се превърне в допълнителен източник на топлина.

Сега екип от астрономи, ръководен от Мат Каплан от щатския университет на Илинойс, тества тази хипотеза посредством симулации на молекулярната динамика и фазови диаграми. Според техните открития това просто не е възможно.

Въпреки че единичните кристали се утаяват с твърде бавна скорост и е малко вероятно това да доведе до наблюдаваните затопляния, струпванията на неон-22 биха могли потенциално да ускорят този процес. Дори и този сценарий обаче е малко вероятен, смятат учените.

По време на своите симулации те откриват, че микрокристалите неон-22 в течност от въглерод и кислород – в съотношението, което се наблюдава при белите джуджета, са винаги нестабилни.

Остават само две други възможности – или сместа е толкова гореща, че кристалът се разтапя, а неонът се разтваря в течността, или цялата смес замръзва. Няма среден вариант.

Дори когато сместа е под точката на разтапяне на неона, но над тази на въглерода и кислорода, неонът се разтваря.

Впоследствие екипът използва фазови диаграми – графика, показваща физическите състояния на дадена субстанция при различни температури и налягания – за да проверят колко неон ще бъде необходим в сместа, за да може неонът да се отдели и стабилизира.

Обикновено белите джуджета с въглерод и кислород притежават около 2 процента неон. За да може неонът да се стабилизира, сместа трябва да съдържа най-малко 30 процента неон.

„За да обобщим – пишат изследователите в своя научен труд – ние открихме, че не съществуват условия, при които богато на неон-22 натрупване е стабилно при бяло джудже с въглерод и кислород. Съответно, дифузията на неон-22 не би могла да обясни случващото се при Q-подразделението“ от бели джуджета.

Всичко това предполага, че съставът на този тип бели джуджета е наистина странен. Само това би могло да обясни допълнителното нагряване. Но какъв точно? Астрономите все още не знаят.

Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal Letters.