Wcielając się w archeologów gwiazd, naukowcy odkryli skamieniały magnetyzm na dawno martwych gwiazdach, zwanych „białymi karłami”. Odkrycie to może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób gwiazdy ewoluują od fazy „nadętego” czerwonego olbrzyma do fazy zwartego i tlącego się białego karła. Jest to proces, któremu nasze Słońce przejdzie za około 5 miliardów lat.
Zespół odpowiedzialny za te badania powiązał model teoretyczny z obserwacjami gwiazdy na różnych etapach ewolucji, łącząc dowody na istnienie pól magnetycznych na powierzchniach białe karły do magnetyzmu wykrytego w jądrach czerwonych olbrzymów. Model zespołu opiera się na założeniu, że pola magnetyczne, które powstają na początku życia gwiazdy, utrzymują się przez wszystkie jej późniejsze etapy, by ostatecznie pojawić się na białych karłach miliardy lat później jako „pola kopalne”.
„Pole magnetyczne w gwieździe jest ważne dla tego, jak gwiazda działa od wewnątrz oraz jak długo żyje i ewoluuje” – powiedział współprzewodniczący zespołu Lukas Einramhof z Austriackiego Instytutu Nauki i Technologii (ISTA) w swoim badaniu oświadczenie. „Ogólnie rzecz biorąc, więcej starszych białych karłów jest bardziej magnetycznych niż młodsze białe karły”.
Aby zrozumieć związek pomiędzy czerwonymi olbrzymami i białymi karłami, rozważmy ostateczną ewolucję naszej własnej gwiazdy, Słońca.
Od czerwonych olbrzymów po białe karły
Za około 5 miliardów lat Słońce wyczerpie wodór w swoim jądrze i nie będzie już w stanie przeprowadzać procesu syntezy jądrowej, który przekształca ten pierwiastek w hel. Ponieważ proces ten jest głównym źródłem energii wytwarzanej przez słońcebędzie to oznaczać ciśnienie zewnętrzne, które powstrzymuje Słońce przed zapadnięciem się pod własnym ciężarem powaga również ustaje.
Gdy jądro Słońca zapadnie się, jego zewnętrzne warstwy, w których wciąż zachodzi fuzja jądrowa, rozciągną się do około 100 razy większej niż pierwotna szerokość Słońca, a może nawet więcej. To jest faza czerwonego olbrzyma. Układ Słoneczny mógł zobaczyć, jak Słońce połyka planety skaliste, w tym Ziemiaprosto na orbitę Mars.
Faza czerwonego olbrzyma Słońca będzie stosunkowo krótkotrwała i potrwa zaledwie 1 miliard lat. Zewnętrzne warstwy gwiazdy w końcu ostygną i rozproszą się, pozostawiając mgławicę byłej materii gwiazdowej otaczającą jądro Słońca, która następnie stanie się odkrytą, stygnącą pozostałością gwiazdy zwaną białym karłem. Jest to ostatni etap życia wszystkich gwiazd o masie podobnej do masy Słońca.
Niedawno gwiezdni naukowcy badali wnętrza czerwonych olbrzymów za pomocą trzęsień gwiazd, podobnie jak sejsmolodzy na Ziemi używają fal sejsmicznych i trzęsienia ziemi do zbadania wnętrza naszej planety.
Ujawniło to, że w jądrach czerwonych olbrzymów istnieją pola magnetyczne, podczas gdy białe karły wydają się mieć pola magnetyczne na swojej powierzchni. Einramhof i współpracownicy uważają, że model pola kopalnego magnetyzmu gwiazd łączy te pola magnetyczne w dwóch odrębnych fazach ewolucyjnych gwiazd, mimo że jest to teoria, która w ostatnich latach wypadła z łask naukowców.
„Ponieważ biały karzeł jest odsłoniętym jądrem czerwonego olbrzyma, który zrzucił swoje zewnętrzne warstwy, te różne obserwacje zasadniczo badają ten sam obszar wnętrza gwiazdy na różnych etapach ewolucji” – powiedział Einramhof. „Jeśli pole magnetyczne obserwowane w fazie czerwonego olbrzyma jest takie samo, jak to, które ewoluuje i które można zaobserwować na powierzchni białego karła, wówczas teoria pola kopalnego może wyjaśnić i połączyć obserwacje”.
On i zespół wysuwają teorię, że po fazie czerwonego olbrzyma zrzucenie zewnętrznych warstw gwiazdy pozostawi charakterystyczne właściwości na powierzchni jej następcy, będącego pozostałością białego karła. Jednym z kluczowych elementów jest to, jak daleko sięga magnetyzm w jądrze czerwonego olbrzyma.
„Aby połączyć pola magnetyczne obserwowane na powierzchni starszych białych karłów z polami występującymi w jądrze ich przodków, czerwonych olbrzymów, konieczne jest namagnesowanie większej części gwiazdy” – wyjaśnia Einramhof. „Nie oznacza to jednak, że gwiazdy są silniej namagnesowane, a jedynie, że pola magnetyczne muszą już dotrzeć do większej części ich jądra”.
Zespół ustalił także, w jaki sposób ewolucja gwiazdy wpływa na kształt jej pola magnetycznego, stwierdzając, że zamiast być wyśrodkowana w jednym punkcie, tworzy ona segmentową strukturę przypominającą powierzchnię piłki do koszykówki, która jest silniejsza w pobliżu powierzchni niż w jądrze.
Wszystko to może dać naukowcom lepsze wyobrażenie o przyszłości Słońca, a także o ogólnym stanie naszej gwiazdy głęboko pod jej powierzchnią.
„Nadal nie wiemy, czy jądro Słońca jest magnetyczne. Mimo że jest to nasza własna gwiazda, jesteśmy praktycznie ślepi na to, co dzieje się w jej centrum” – powiedział Einramhof. „Obecne przewidywania zakładają, że jądro Słońca nie jest magnetyczne. Jeśli jednak okaże się, że tak jest, informacja ta zmieni wszystko, co wiemy i wszystkie modele, na których oparliśmy naszą pracę. Biorąc pod uwagę, jak mało wiemy na tym etapie, nasza praca sugeruje, że najprawdopodobniej wszystkie gwiazdy są magnetyczne. Jednak nie zawsze możemy wykryć ten magnetyzm”.
Podążając za przykładem zespołu, naukowcy mogą również odkryć, że naszej liczącej 4,6 miliarda lat gwiazdy pozostało trochę więcej życia, niż obecnie obliczono.
„Jeśli słońcu uda się w jakiś sposób wprowadzić wodór ze swoich zewnętrznych warstw do jądra, będzie mogło żyć dłużej. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego byłoby użycie silnych pól magnetycznych” – powiedział Einramhof. „Jednak pola magnetyczne mogą również prowadzić do zupełnie innego wyniku”.
Wyniki badań zespołu opublikowano 14 kwietnia w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka.
