خورشید در پایان عمرش به توپ کریستالی بزرگی تبدیل خواهد شد

همانند اکثر ستارگان در کهکشان راه شیری، خورشید درنهایت به یک کوتوله‌ی سفید تبدیل خواهد شد، یک شیء غریب که چگالی‌ آن ۲۰۰ هزار بار بیشتر از زمین است. برای درک بهتر این موضوع، اگر بتوانید این مواد کوتوله‌ی سفید را به سیاره خودمان منتقل کنید، یک فنجان چای‌خوری از آن به اندازه یک فیل وزن خواهد داشت.

نیم قرن پیش، نظریه‌پردازان پیش‌بینی کردند که کوتوله‌های سفید در طول زمان به کریستال تبدیل شدند و در تحقیقات جدید نیز صحت این موضوع نشان داده شده است. پیر امانوئل ترمبلی، مدیر مطالعه و فیزیکدان در دانشگاه وارویک انگلستان، در اظهارنظری گفت:

 تمام کوتوله‌های سفید در  مقطعی از تکامل خود به کریستال تبدیل خواهند شد، اگرچه کوتوله‌های سفید بزرگ‌تر زودتر این فرایند را پشت سر می‌گذارند.

تصویر هنری از یک کوتوله سفید در طی فرایند منجمد شدن

این بدان معنی است که میلیاردها کوتوله‌ی سفید در کهکشان ما قبلاً این فرایند را به پایان رسانده‌اند و دراصل کره‌هایی کریستالی در آسمان هستند.

ترمبلی و همکارانش داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط فضاپیمای آژانس فضایی اروپا (گایا) را که در دسامبر ۲۰۱۳ برای کمک به ساخت بهترین نقشه‌ی سه‌بعدی از کهکشان راه شیری پرتاب شد، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. گایا رسم نقشه‌ی یادشده را با نظارت دقیق مواضع تعداد بی‌شماری از ستارگان انجام داد. تیم ماموریت قصد دارد در طول عمر عملیاتی فضاپیما، به مطالعه‌ی یک میلیارد ستاره بپردازد.

به‌واسطه‌ی این مطالعه‌ی جدید، پژوهشگران به حدود ۱۵هزار کوتوله‌ی سفید نگاه کردند که همگی آن‌ها در فاصله ۳۳۰ سال نوری از خورشید قرار دارند. این داده‌ها نشان‌دهنده‌ی وجود یک «انباشتگی» عجیب بودند؛ فراوانی کوتوله‌های سفید با رنگ‌ها و روشنایی خاص که توضیحشان به‌وسیله‌ی سن یا جرم اجرام امکان‌پذیر نیست.

کار مدل‌سازی نشان داد که این انباشتگی از کریستالیزه‌شدن حجم داخلی کوتوله‌های سفید ایجاد شده است که گرمای کافی را برای کاهش سرعت خنک‌سازی کوتوله‌های سفید منتشر می‌کرد.

این نخستین مدرک مستقیم از کریستالیزه شدن کوتوله‌های سفید یا تغییر شکل از مایع به جامد است. این موضوع ۵۰ سال قبل پیش‌بینی شد که ما باید انباشتگی موجود در شماری از کوتوله‌های سفید را در درخشندگی‌ها و رنگ‌های معین ناشی از کریستالی‌شدن مشاهده کنیم؛ رصدی که تنها اکنون اتفاق افتاده است.

کریستالی شدن کوتوله‌ی سفید همانند انجماد آب و تبدیل آن از مایع به یخ است. اما مواد در این وضعیت اکسیژن و کربن هستند و کریستالی شدن در دماهایی نه‌چندان سرد رخ می‌دهد. به‌گفته‌ی پژوهشگران، این فرایند واقعا هنگامی به جریان می‌افتد که حجم داخلی یک کوتوله‌ی سفید تا نزدیک به ۱۰ میلیون درجه‌ی سلسیوس کاهش می‌یابد. نتیجه‌ی این فرایند، هسته‌ای متشکل از اکسیژن بلورین با پوششی کربنی است. ترمبلی گفت:

ما نه‌تنها شواهدی از انتشار گرما روی انجماد داریم، بلکه توضیح مشاهدات، مستلزم انتشار انرژی به‌شدت بیشتری است. ما بر این باور هستیم که این امر در ابتدا ناشی کریستالی شدن اکسیژن و سپس فرو رفتن در هسته است؛ فرآیندی مشابه رسوب در بستر رودخانه روی زمین. این باعث خواهد شد که کربن به سمت بالا حرکت کند و این جدایی، انرژی گرانشی را منتشر خواهد کرد.

اعضای تیم مطالعه عنوان کردند:

نتایج جدید نشان می‌دهد که کوتوله‌های سفید در بعضی موارد تا ۱۵ درصد قدیمی‌تر از آن چیزی است که دانشمندان فکر کرده بودند. ستاره‌شناسان عموماً مرگ ستاره را با ثبت حرارتشان تخمین می‌زنند و کریستالی شدن، فرایند خنک‌کنندگی را کاهش می‌دهد.