Daten, die vom Raumschiff Gaia der ESA erfasst wurden, zeigten zum ersten Mal, wie sich weiße Zwerge, die toten Überreste von Sternen wie unserer Sonne, in feste Kugeln verwandeln, nachdem sich das heiße Gas in ihnen abgekühlt hat.
Dieser Prozess der Verfestigung oder Kristallisation von Material in weißen Zwergen wurde vor 50 Jahren vorhergesagt, aber Astronomen konnten nicht genug von diesen Objekten beobachten, um eine Probe zu sehen, die diesen Prozess enthüllt.
„Früher hatten wir nur ein paar hundert weiße Zwerge, und viele von ihnen befanden sich in ungefähr gleichaltrigen Gruppen“, sagt Pierre-Emmanuel Tremblay von der University of Warwick, Großbritannien, Hauptautor des Papiers, in dem die Ergebnisse beschrieben werden.
Mit Hilfe von Gaia haben wir weitere Informationen erhalten. Viele Daten wurden von verschiedenen Objekten mit unterschiedlichen Entfernungen, Helligkeiten und Farben empfangen. Dies sind Hunderttausende weißer Zwerge in der äußeren Scheibe der Milchstraße mit unterschiedlichen Massen und unterschiedlichen Alters.
Durch die genaue Schätzung der Entfernung zu diesen Sternen schafft Gaia einen Durchbruch und ermöglicht es den Astronomen, ihre wahre Helligkeit mit beispielloser Präzision zu messen.
(Das Hauptfoto zeigt einen weißen Zwerg, einen toten Rest eines Sterns wie unsere Sonne, mit einem kristallisierten festen Kern.)
Weiße Zwerge sind die Überreste mittelgroßer Sterne, die unserer Sonne ähnlich sind. Nachdem diese Sterne den gesamten Kernbrennstoff in ihrem Kern verbrannt hatten, setzten sie ihre äußeren Schichten frei und hinterließen einen heißen Kern, der sich abzukühlen beginnt.
Diese überdichten Überreste geben beim Abkühlen immer noch Wärmestrahlung ab und sind für Astronomen als eher schwache Objekte sichtbar. Es wird geschätzt, dass bis zu 97% der Sterne in der Milchstraße schließlich zu weißen Zwergen werden, während sich die massereichsten als Neutronensterne oder Schwarze Löcher herausstellen werden.
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Das Abkühlen weißer Zwerge dauert Milliarden von Jahren. Sobald sie eine bestimmte Temperatur erreicht haben, beginnt die anfänglich heiße Materie im Kern des Sterns zu kristallisieren und wird fest. Der Prozess ähnelt der Umwandlung von flüssigem Wasser in Eis auf der Erde bei Nulltemperaturen, außer dass die Temperatur, bei der diese Verfestigung bei weißen Zwergen auftritt, extrem hoch ist -
etwa 10 Millionen Grad Celsius.
In dieser Studie analysierten Astronomen mehr als 15.000 Kandidaten-Sternreste 300 Lichtjahre von der Erde entfernt. Gaia konnte diese kristallisierenden weißen Zwerge als eigenständige Gruppe sehen.
„Wir haben eine große Anzahl weißer Zwerge in verschiedenen Farben und Schattierungen gesehen, die hinsichtlich ihrer Entwicklung nicht miteinander verwandt waren“, sagt Pierre-Emmanuel.
„Wir haben festgestellt, dass dies keine separate Population weißer Zwerge ist, sondern der vor 50 Jahren vorhergesagte Abkühlungs- und Kristallisationseffekt."
Die Wärme, die während dieses mehrere Milliarden Jahre dauernden Kristallisationsprozesses freigesetzt wird, scheint die Entwicklung der Weißen Zwerge zu verlangsamen.
„Weiße Zwerge werden traditionell für die Altersdatierung von Sternpopulationen wie Sternhaufen verwendet“, erklärt Pierre-Emmanuel.
„Wir müssen jetzt bessere Kristallisationsmodelle entwickeln, um genauere Schätzungen des Alters dieser Systeme zu erhalten."
Nicht alle weißen Zwerge kristallisieren mit der gleichen Geschwindigkeit. Massivere Sterne kühlen schneller ab und erreichen Temperaturen, bei denen in etwa einer Milliarde Jahren Kristallisation auftritt. Weiße Zwerge mit geringerer Masse, näher am erwarteten Endstadium der Sonne, kühlen langsamer ab und es dauert bis zu sechs Milliarden Jahre, bis sie sich in tote feste Kugeln verwandeln.
Die Sonne hat noch ungefähr fünf Milliarden Jahre, bevor sie zu einem weißen Zwerg wird, und Astronomen schätzen, dass es danach weitere fünf Milliarden Jahre dauern wird, bis sie sich schließlich zu einer kristallinen Kugel abkühlt.
„Dieses Ergebnis unterstreicht die Vielseitigkeit von Gaia und seine zahlreichen Anwendungen“, sagt Timo Prusti, Project Gaia Scientist bei der ESA.
