Белый карлик легко представить как огромный раскалённый уголёк: звезда сбросила внешние оболочки, ядерные реакции почти закончились, а оставшееся горячее ядро медленно отдаёт запасённое тепло. Казалось бы, дальше история проста — чем старше такой остаток, тем он холоднее и тусклее.
Но внутри белого карлика в какой-то момент начинается процесс, который больше напоминает замерзание. В самом центре возникает твёрдая упорядоченная структура, а затем она постепенно растёт наружу. И это не просто необычная деталь: такое «затвердевание» меняет скорость старения звезды.
Звезда, которую удерживает уже не тепло
Обычная звезда сопротивляется собственной гравитации благодаря горячему газу и энергии, которая выделяется в её недрах. У белого карлика этот источник энергии уже практически исчерпан.
Однако он не схлопывается. Вещество внутри сжато настолько сильно, что главным становится квантовый эффект — давление вырожденных электронов. Оно может поддерживать звезду даже тогда, когда она продолжает остывать.
Поэтому температура падает, а огромная плотность никуда не исчезает. Это и создаёт необычные условия внутри.
Ядро типичного белого карлика в основном состоит из углерода и кислорода — продуктов прежней жизни звезды. Атомы там давно лишены электронов. Получается смесь положительно заряженных ядер, погружённых в чрезвычайно плотное море электронов.
Пока температура достаточно высока, тепловое движение мешает ядрам выстроиться в устойчивый порядок. Но белый карлик теряет тепло миллиарды лет, и однажды баланс меняется.
Кристалл начинается в центре
Чем холоднее становится вещество, тем важнее оказывается электрическое взаимодействие соседних ядер. В достаточно плотной и холодной области они уже не могут перемещаться относительно друг друга так свободно, как прежде, и образуют упорядоченную решётку.
Кристаллизация начинается прежде всего в глубине, где плотность выше всего. Затем граница твёрдой области постепенно движется наружу.
На этом месте возникает соблазн назвать белый карлик гигантским алмазом. Это красивый образ, но физически он вводит в заблуждение. Алмаз на Земле — кристалл нейтральных атомов углерода, связанных определённым образом. В белом карлике речь идёт о решётке полностью ионизованных ядер при огромной плотности, окружённых вырожденными электронами.
Общее у них лишь одно: частицы переходят из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное.
И именно этот переход создаёт следующий сюрприз.
Затвердевание мешает звезде остывать слишком быстро
Когда вещество кристаллизуется, выделяется скрытая теплота — энергия фазового перехода. В обычной жизни похожий эффект происходит при замерзании воды: превращение жидкости в лёд тоже не проходит энергетически бесследно.
У белого карлика есть и второй эффект. Углерод и кислород распределяются между твёрдой и ещё не затвердевшей частью не совсем одинаково. По мере роста кристалла состав вещества перестраивается, и при этом может высвобождаться дополнительная тепловая энергия.
В результате белый карлик некоторое время отдаёт наружу больше энергии, чем отдавал бы при простом плавном охлаждении. Он всё равно стареет и тускнеет, но делает это медленнее.
Так внутренний фазовый переход вмешивается в один из главных «часов», по которым астрономы определяют возраст старых звёздных систем.
Кристалл выдал себя статистикой
Сам кристаллический центр белого карлика невозможно рассмотреть телескопом. Но если кристаллизация действительно задерживает охлаждение, у неё должно быть наблюдаемое следствие.
Белые карлики должны дольше задерживаться на определённой стадии температуры и светимости. Значит, среди большого числа таких звёзд именно там окажется больше объектов, чем ожидалось бы при непрерывном охлаждении без фазового перехода.
Такой «затор» и обнаружили в данных космической обсерватории Gaia. Когда астрономы сопоставили цвета, светимость и расстояния для множества ближайших белых карликов, на их последовательности охлаждения появилось характерное накопление звёзд. Его положение совпало с областью, где модели предсказывали кристаллизацию внутренних слоёв.
Получилось необычное наблюдение: никто не увидел звёздный кристалл напрямую, но его существование проявилось в том, что целая группа звёзд словно задержалась на одном участке своего старения.
Белый карлик Сириус В в сравнении с Землей
Белый карлик поэтому не просто раскалённый остаток, который пассивно гаснет. По мере охлаждения его внутреннее вещество перестраивается, центральная твёрдая область растёт, а сама звезда на время сбавляет темп своего угасания. Даже у почти «мёртвой» звезды охлаждение оказывается отдельным этапом эволюции, а не просто медленным исчезновением.
Источник:https://dzen.ru/a/apvBUvCvfkJ_i-9M
P.S. Admin. «Планета Уран является потухшим Солнцем. Уран являлся Солнцем нашей Системы миров много миллиардов лет до образования Нового Солнца (нашего нынешнего Солнца — admin.)». («У Порога Нового Мира», космологические записи Е.И.Рерих, стр.27о.)
«Наиболее древняя планета нашей Солнечной Системы — УРАН. На нем особая кристаллическая формация, требующая миллионы лет для завершения. Уран просуществует дольше многих других». (Там же, стр. 261)
