Новое исследование Мануэля Барриентоса и его коллег из Университета Оклахомы показывает, что от 0,6 % до 2,5 % белых карликов в окрестностях нашей Солнечной системы подвергаются значительным задержкам охлаждения, которые могут продлить обитаемые зоны на миллиарды дополнительных лет. Секрет кроется в элементе, известном как неон-22, который после углерода и кислорода является наиболее распространённым элементом внутри белых карликов.
Процесс «дистилляции» и его влияние
Когда белые карлики содержат не менее 2,5 % неона-22 по массе, они подвергаются процессу, называемому «дистилляцией», когда их ядра кристаллизуются. Исследовательская группа обнаружила, что это происходит потому, что твёрдые кристаллы обедняются неоном-22 по сравнению с окружающей жидкостью, что делает их легче, и они всплывают вверх, где плавятся. Этот астрономический эквивалент лавовой лампы высвобождает огромное количество гравитационной энергии, фактически приостанавливая охлаждение белого карлика на срок до 10 миллиардов лет.
Происхождение неона-22
Неон-22 образуется в течение жизни звезды в хорошо изученном процессе. На стадии горения гелия азот-14 (произведённый циклом CNO) превращается в неон-22. Это означает, что звёзды с более высоким начальным содержанием углерода, азота и кислорода (совокупно называемых «металличностью») производят больше неона-22 в своих потомках — белых карликах.
Проверка теории
Чтобы проверить эту теорию, исследовательская группа проанализировала примерно 4000 звёзд из каталога Гипатии, который содержит спектроскопические измерения высокого разрешения близлежащих звёзд в пределах 500 парсеков от Солнца. Используя код звёздной эволюции MESA, они смоделировали, сколько неона-22 каждая звезда произведёт в остатке белого карлика.
Результаты и выводы
Прогнозы команды удивительно согласуются с наблюдениями спутника Европейского космического агентства Gaia, который обнаружил необычное скопление белых карликов на «Q-ветви» на диаграммах звёздной яркости. Около 6 % массивных белых карликов, по-видимому, приостановили своё охлаждение на срок до 10 миллиардов лет, создавая, по словам исследователей, «космическую пробку». Дополнительные доказательства получены из звёздных скоростей. Звёзды на Q-ветви движутся быстрее, чем ожидалось для их кажущегося возраста, что указывает на то, что они на самом деле намного старше, чем предполагает их яркость, — явный признак задержки охлаждения.
Исследование также выявило чёткую галактическую закономерность. Используя комплексную модель звёздных популяций Млечного Пути, команда обнаружила, что дистиллированные белые карлики наиболее распространены вблизи галактического центра (7,6 % в пределах 2 килопарсеков) и постепенно уменьшаются к внешнему диску (1,0 % на расстоянии 8–10 килопарсеков от центра). Этот градиент отражает основную химию нашей галактики; звёзды с высоким содержанием металлов, которые могут производить обогащённые неоном белые карлики, более многочисленны во внутренних регионах.
Открытие имеет глубокие последствия для астробиологии. Белые карлики, подвергающиеся неоновой дистилляции, могут поддерживать обитаемые зоны в течение значительно более длительных периодов, чем считалось ранее, и эти зоны расположены дальше от звезды, что снижает разрушительное воздействие приливных сил на любые орбиты планет.
Это исследование меняет наше понимание того, где может существовать жизнь во Вселенной. Хотя белые карлики когда-то считались астрономическими тупиками, они могут представлять собой одни из наиболее стабильных и долгосрочных обитаемых сред. С миллиардами белых карликов только в нашей галактике и значительной частью, потенциально содержащей эти расширенные обитаемые зоны, Вселенная может предложить гораздо больше возможностей для жизни, чем мы когда-либо могли себе представить, спрятанных на виду среди самых распространённых звёздных остатков в галактике.