ประมาณห้าสิบปีที่แล้วนักดาราศาสตร์ทำนายว่าชะตากรรมสุดท้ายของดวงอาทิตย์ของเราจะเป็นอย่างไร ตามทฤษฎีแล้วดวงอาทิตย์จะหมดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นเวลาหลายพันล้านปีจากนี้และจะขยายตัวกลายเป็นดาวยักษ์แดงตามด้วยมันจะส่องชั้นนอกและกลายเป็นดาวแคระขาว หลังจากการระบายความร้อนอีกไม่กี่พันล้านปีการตกแต่งภายในจะตกผลึกและกลายเป็นของแข็ง
จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้นักดาราศาสตร์มีหลักฐานเพียงเล็กน้อยที่จะสนับสนุนทฤษฎีนี้ แต่ต้องขอบคุณ ESA หอดูดาว Gaiaขณะนี้นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตดาวแคระขาวหลายแสนดวงด้วยความแม่นยำอันยิ่งใหญ่โดยวัดระยะทางความสว่างและสี สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาศึกษาสิ่งที่อนาคตจะถือไว้กับดวงอาทิตย์ของเราเมื่อไม่มีดาวสีเหลืองที่อบอุ่นที่เรารู้จักและชื่นชอบในวันนี้อีกต่อไป
การศึกษาที่อธิบายสิ่งที่ค้นพบเหล่านี้เพิ่งปรากฏในวารสาร ธรรมชาติ ภายใต้ชื่อ“ การตกผลึกหลักและกองพะเนินในลำดับการทำความเย็นของดาวแคระขาวที่กำลังวิวัฒนาการ” การศึกษานำโดย Pier-Emmanuel Tremblay ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ University of Warwick และรวมถึงนักวิจัยหลายคนจากกลุ่มดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของ Warwick, Université de Montréalและมหาวิทยาลัย North Carolina
เมื่อพูดถึงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์การสังเกตการณ์หลายทศวรรษที่รวมกับแบบจำลองทางทฤษฎีทำให้นักดาราศาสตร์สามารถสรุปได้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับดาวฤกษ์จากการจำแนกประเภทของมัน ในขณะที่ดาวขนาดใหญ่ (เช่นซุปเปอร์ยักษ์ยักษ์สีฟ้า) ในที่สุดก็กลายเป็นซุปเปอร์โนวาและกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำดาวฤกษ์ขนาดเล็กอย่างดวงอาทิตย์ของเราจะทำให้ชั้นนอกของมันกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์และในที่สุดก็สรุปวงจรชีวิตเป็นดาวแคระขาว
ดาวที่มีความหนาแน่นสูงเหล่านี้ยังคงเปล่งรังสีต่อไปเมื่อมันเย็นตัวลงซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานนับพันล้านปี ในที่สุดการตกแต่งภายในของพวกเขาจะเย็นพอ - ประมาณ 10 ล้าน° C (50 ล้าน° F) - ที่ความกดดันสูงที่ถูกออกแรงในแกนของพวกเขาจะทำให้วัสดุมีการตกผลึกและแข็ง คาดว่านี่จะเป็นชะตากรรมของดาวฤกษ์สูงถึง 97% ในทางช้างเผือกส่วนที่เหลือจะกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ
เนื่องจากดาวแคระขาวเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาลพวกมันจึงมีประโยชน์อย่างมากต่อนักดาราศาสตร์ เนื่องจากวงจรชีวิตของพวกมันสามารถคาดการณ์ได้พวกมันจึงถูกใช้เป็น "นาฬิกาจักรวาล" เพื่อประเมินอายุของกลุ่มดาวฤกษ์ใกล้เคียงด้วยความแม่นยำระดับสูง แต่การพิจารณาว่าอะไรจะเกิดขึ้นกับดาวแคระขาวในช่วงสุดท้ายของวงจรชีวิต
ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์ถูก จำกัด เมื่อมาถึงจำนวนดาวแคระขาวที่พวกเขาสามารถศึกษาได้ ทั้งหมดนี้เปลี่ยนไปเมื่อใช้งาน Gaiaหอสังเกตการณ์อวกาศที่ใช้เวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมาในการวัดตำแหน่งระยะทางและการเคลื่อนที่ของดาวอย่างแม่นยำเพื่อสร้างแคตตาล็อกอวกาศ 3 มิติที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา
ในฐานะที่เป็น Pier-Emmanuel Tremblay, ERC * ที่ให้ Grant Fellow ระบุไว้ในข่าวประชาสัมพันธ์ ESA ล่าสุด:
“ ก่อนหน้านี้เรามีระยะทางสำหรับดาวแคระขาวเพียงไม่กี่ร้อยตัวเท่านั้นและส่วนใหญ่อยู่ในกระจุกดาวที่พวกเขามีอายุเท่ากัน ด้วย Gaia ตอนนี้เรามีระยะทางความสว่างและสีของดาวแคระขาวนับแสนดวงสำหรับตัวอย่างขนาดใหญ่ในแผ่นดิสก์ชั้นนอกของทางช้างเผือกครอบคลุมช่วงมวลเริ่มต้นและทุกช่วงอายุ”
สำหรับการศึกษาของพวกเขานักดาราศาสตร์ใช้ข้อมูล Gaia เพื่อวิเคราะห์ผู้สมัครกว่า 15,000 คนที่เป็นตัวเอกที่เหลือภายใน 300 ปีแสงของโลก จากตัวอย่างนี้พวกเขาสามารถระบุส่วนเกินในจำนวนดาว (aka. pileup) ที่มีสีและความส่องสว่างเฉพาะที่ไม่ตรงกับมวลหรืออายุใด ๆ
กองนี้เมื่อเปรียบเทียบกับแบบจำลองวิวัฒนาการของดาวปรากฏว่าตรงกับขั้นตอนการพัฒนาที่ดาวสูญเสียความร้อนในปริมาณมาก กระบวนการนี้ทำให้กระบวนการทำความเย็นตามธรรมชาติช้าลงและทำให้ดาวฤกษ์ที่ตายแล้วหยุดการหรี่แสงลงซึ่งทำให้พวกมันมีอายุน้อยกว่า 2 พันล้านปีที่อายุน้อยกว่าจริง ๆ
“ นี่เป็นหลักฐานโดยตรงครั้งแรกที่ดาวแคระขาวตกผลึกหรือเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง” Tremblay อธิบายในแถลงการณ์ของ Warwick “ คาดการณ์เมื่อห้าสิบปีที่แล้วว่าเราควรสังเกตจำนวนดาวแคระขาวที่มีความสว่างและสีที่แน่นอนเนื่องจากการตกผลึกและตอนนี้สิ่งนี้ได้ถูกสังเกตเห็นเท่านั้น”
รูปแบบนี้ซึ่งความส่องสว่างไม่เกี่ยวข้องกับอายุเป็นหนึ่งในการทำนายที่สำคัญเกี่ยวกับการตกผลึกของดาวแคระขาวเมื่อ 50 ปีก่อน ขณะนี้นักดาราศาสตร์มีหลักฐานโดยตรงเกี่ยวกับกระบวนการนี้ในการทำงานมันน่าจะส่งผลกระทบต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการรวมกลุ่มดาวแคระขาวที่เป็นดารา
“ ดาวแคระขาวใช้สำหรับการสืบอายุของประชากรดาวฤกษ์เช่นกระจุกดาวกลุ่มดาวฤกษ์แผ่นดิสก์ชั้นนอกและรัศมีในทางช้างเผือกของเรา” Tremblay กล่าว “ ตอนนี้เราจะต้องพัฒนารูปแบบการตกผลึกที่ดีขึ้นเพื่อให้ได้การประมาณที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับอายุของระบบเหล่านี้”
ตัวอย่างเช่นในขณะที่ดาวแคระขาวทั้งหมดจะตกผลึก ณ จุดหนึ่งในวิวัฒนาการของพวกเขาเวลาที่ใช้จะแตกต่างกันไปตามดาว ดาวแคระขาวที่มีขนาดใหญ่กว่าจะเย็นตัวเร็วขึ้นและถึงอุณหภูมิที่การตกผลึกจะเกิดขึ้นเร็วกว่านี้ (ประมาณหนึ่งพันล้านปี) ดาวแคระขาวที่เล็กกว่าซึ่งเป็นสิ่งที่ดวงอาทิตย์ของเราจะกลายเป็นอาจต้องใช้เวลาถึงหกพันล้านปีในการเปลี่ยนแปลง
“ นี่หมายความว่าดาวแคระขาวหลายพันล้านดวงในกาแลคซีของเราได้เสร็จสิ้นกระบวนการนี้แล้วและเป็นทรงกลมคริสตัลในท้องฟ้า” Tremblay กล่าว ในขณะเดียวกันดวงอาทิตย์ของเราสามารถคาดการณ์ได้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงนี้ในอีกประมาณหมื่นล้านปี เมื่อถึงจุดนั้นดวงอาทิตย์ของเราจะออกจากเฟสสาขายักษ์แดงกลายเป็นดาวแคระขาวและเริ่มกระบวนการตกผลึก
นี่เป็นเพียงการเปิดเผยล่าสุดที่มาจาก Gaia ภารกิจซึ่งใช้เวลาห้าปีที่ผ่านมาทำรายการวัตถุท้องฟ้าในทางช้างเผือกและกาแลคซีใกล้เคียง ก่อนที่ภารกิจจะสิ้นสุดลง (คาดว่าจะเกิดขึ้นภายในปี 2565) จะมีการกำหนดข้อมูลเพิ่มเติมอีกสองครั้งโดยมีกำหนดการวางจำหน่าย DR3 สำหรับปี 2564 และการเปิดตัวสุดท้ายยังคงต้องพิจารณา
* การวิจัยเกิดขึ้นได้ด้วยการระดมทุนจากสภาวิจัยยุโรป (ERC)
