Op een dag - waarschijnlijk miljarden jaren vanaf nu - zal onze zon sterven. Wat er precies aan de zon gebeurt aan het einde van zijn lange leven, staat echter al lang ter discussie. Nieuwe waarnemingen gerapporteerd in een studie in het tijdschrift Nature onthullen dat de meeste sterren, inclusief de zon, waarschijnlijk gigantische ruimtekristallen zullen worden ter grootte van de aarde die de plek zullen markeren waar ons zonnestelsel ooit was.
De bevinding komt van de Gaia Space Telescope van de European Space Agency, die de kleur en helderheid van 15.000 sterresten die bekend staan als witte dwergen binnen ongeveer 300 lichtjaar van de aarde onder de loep nam. Vijftig jaar geleden voorspelden astronomen voor het eerst dat, aan het einde van het leven van een witte dwerg, het voldoende zou afkoelen om van een vloeistof naar een vaste stof over te gaan en te kristalliseren, maar ze hadden geen bewijs. Deze nieuwe studie geeft het eerste waarnemingsbewijs dat de sterresten inderdaad afkoelen tot kosmische discoballen.
Hoofdauteur en astronoom Pier-Emmanuel Tremblay van Warwick University vertelt Deborah Netburn bij The Los Angeles Times dat de meerderheid van de sterren in het bekende universum uiteindelijk zal kristalliseren.
"Over tientallen miljarden jaren vanaf nu zal het universum grotendeels uit dichte kristallen bollen bestaan", zegt hij. "In de toekomst zullen deze objecten volledig dominant zijn."
Wat is een witte dwerg? Kortom, het is een van de laatste fasen van het leven van een ster. Middelgrote sterren voeden hun bestaan door waterstof in helium in helium te fuseren. De energie en druk die vrijkomen van die nucleaire reacties genereren warmte en externe druk om de ster stabiel te houden. Uiteindelijk zullen kleine tot middelgrote sterren - gedefinieerd als alles met een massa van minder dan ongeveer 8 keer de massa van onze zon - het grootste deel van hun waterstof in helium omzetten. De druk van die reacties zal de zwaartekracht van de kern van de ster niet kunnen overwinnen. De ster begint dan in zichzelf in te storten, begint vervolgens opnieuw op te warmen en begint zijn laatste resterende waterstof buiten de kern te smelten in een brandende schaal die ervoor zorgt dat de ster massaal uitzet in een rode reus. Dat wordt heet genoeg om zijn heliumkern te laten versmelten met de zwaardere elementen zuurstof en koolstof. Daarna zal het zijn buitenste lagen afblazen, en wat overblijft is een witte dwerg, of de afgewerkte kern van de ster die over enkele miljard jaar langzaam afkoelt.
Volgens Netburn, als de witte dwergen na verloop van tijd gewoon zouden afkoelen en niet in kristallen zouden veranderen, zouden de sterren van kleur veranderen en hun helderheid verliezen in een soepel, voorspelbaar pad, dat bij het afkoelen van blauw naar oranje naar rood veranderde.
Maar de Gaia-telescoopgegevens lieten zien dat veel witte dwergen voor miljoenen en soms miljarden jaren stopten met afkoelen in plaats van dat voorspelbare pad te volgen en in plaats daarvan energie vrijlieten. De meest redelijke verklaring is dat gedurende die periode de witte dwerg kristalliseert, een proces dat energie afgeeft.
"We zagen een opeenstapeling van witte dwergen van bepaalde kleuren en lichtsterktes die anders niet met elkaar waren verbonden in termen van hun evolutie, " zegt Pier-Emmanuel in een persbericht. "We realiseerden ons dat dit geen aparte populatie witte dwergen was, maar het effect van de afkoeling en kristallisatie dat 50 jaar geleden werd voorspeld."
Sommige onderzoekers geloofden dat als witte dwergen zouden kristalliseren, de door het proces afgegeven energie te klein zou zijn voor astronomen om te detecteren. Maar dat is niet het geval, en de energie die tijdens het proces wordt afgegeven, bevindt zich aan de bovenkant van voorspellingen. In een ander persbericht zegt Tremblay dat waarschijnlijk te maken heeft met de samenstelling van de dwergen.
“We hebben niet alleen aanwijzingen dat er warmte vrijkomt bij stolling, maar er is aanzienlijk meer energie-afgifte nodig om de waarnemingen te verklaren. We geloven dat dit komt doordat de zuurstof eerst kristalliseert en vervolgens naar de kern zinkt, een proces dat lijkt op sedimentatie op een rivierbedding op aarde ', zegt hij. "Dit zal de koolstof naar boven duwen, en die scheiding zal gravitatie-energie vrijgeven."
Hoewel het heel interessant is om te weten dat deze sterren kristallen bollen worden, heeft het praktische gevolgen voor astronomen. Omdat bekend was dat witte dwergen met een constante snelheid afkoelen, worden ze vaak gebruikt om sterrenclusters te dateren. Maar de snelheid waarmee een witte dwerg kristalliseert, hangt af van zijn massa, waarbij grotere sterren na een miljard jaar door het kristallisatieproces gaan, terwijl kleinere sterren miljarden jaren langer nodig kunnen hebben om met kristallisatie te beginnen. De onderzoekers zeggen dat ze betere modellen moeten maken van hoe deze sterren uitkristalliseren om ze te gebruiken om sterrenclusters beter te dateren.
De aarde heeft nog wat tijd te gaan voordat de zon zichzelf verandert in een enorme astro-kroonluchter. Geschat wordt dat het ongeveer 5 miljard jaar zal duren voordat het door zijn brandstof brandt en een witte dwerg wordt, en het zal nog 5 miljard jaar duren om af te koelen en te kristalliseren.
