Eines Tages - wahrscheinlich in Milliarden von Jahren - wird unsere Sonne sterben. Was genau mit der Sonne am Ende ihres langen Lebens passiert, steht jedoch schon lange zur Debatte. Neue Beobachtungen, die in einer Studie in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, zeigen, dass die meisten Sterne, einschließlich der Sonne, wahrscheinlich zu riesigen Weltraumkristallen von der Größe der Erde werden, die die Stelle markieren, an der sich unser Sonnensystem befand.
Das Ergebnis stammt aus dem Gaia-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation, das Farbe und Helligkeit von 15.000 Sternenresten, die als weiße Zwerge bekannt sind, in einem Umkreis von 300 Lichtjahren um die Erde unter die Lupe genommen hat. Vor fünfzig Jahren sagten Astronomen erstmals voraus, dass es am Ende des Lebens eines Weißen Zwerges kühl genug sein würde, um von einem flüssigen in einen festen Zustand überzugehen und zu kristallisieren, aber sie hatten keinen Beweis. Diese neue Studie liefert den ersten Beobachtungsnachweis, dass die Sternreste tatsächlich zu kosmischen Discokugeln abkühlen.
Der Hauptautor und Astronom Pier-Emmanuel Tremblay von der Warwick University erzählt Deborah Netburn von der Los Angeles Times, dass die Mehrheit der Sterne im bekannten Universum irgendwann kristallisieren wird.
"In zehn Milliarden Jahren wird das Universum größtenteils aus dichten Kristallkugeln bestehen", sagt er. "In Zukunft werden diese Objekte völlig dominant sein."
Also, was ist ein weißer Zwerg? Im Grunde ist es eine der letzten Phasen im Leben eines Stars. Mittelgroße Sterne heizen ihre Existenz an, indem sie Wasserstoff in ihren überhitzten Kernen zu Helium verschmelzen. Die Energie und der Druck, die durch diese Kernreaktionen freigesetzt werden, erzeugen Wärme und Druck nach außen, um den Stern stabil zu halten. Letztendlich werden jedoch kleine bis mittlere Sterne - definiert als alles, was weniger als das Achtfache unserer Sonnenmasse hat - den größten Teil ihres Wasserstoffs in Helium umwandeln. Der Druck durch diese Reaktionen wird die Schwerkraft aus dem Kern des Sterns nicht überwinden können. Der Stern fängt dann an, in sich zusammenzufallen, heizt sich dann wieder auf und fängt an, seinen letzten verbleibenden Wasserstoff außerhalb des Kerns in einer brennenden Hülle zu verschmelzen, wodurch sich der Stern massiv zu einem roten Riesen ausdehnt. Das wird heiß genug, um seinen Heliumkern in die schwereren Elemente Sauerstoff und Kohlenstoff zu verwandeln. Danach wird es seine äußeren Schichten abblasen, und was bleibt, ist ein weißer Zwerg oder der verbrauchte Kern des Sterns, der sich über mehrere Milliarden Jahre langsam abkühlen wird.
Laut Netburn würden die Sterne auf einem glatten, vorhersehbaren Pfad ihre Farbe ändern und ihre Helligkeit verlieren, wenn sich die weißen Zwerge im Laufe der Zeit einfach abkühlen und nicht in Kristalle verwandeln würden.
Die Daten des Gaia-Teleskops zeigten jedoch, dass viele weiße Zwerge für Millionen und manchmal Milliarden von Jahren aufhörten, sich abzukühlen, anstatt diesem vorhersehbaren Pfad zu folgen und stattdessen Energie freizusetzen. Die vernünftigste Erklärung ist, dass während dieser Zeit der Weiße Zwerg kristallisiert, ein Prozess, der Energie abgibt.
„Wir haben eine Anhäufung weißer Zwerge mit bestimmten Farben und Helligkeiten gesehen, die ansonsten hinsichtlich ihrer Entwicklung nicht miteinander verbunden waren“, heißt es in einer Pressemitteilung von Pier-Emmanuel. "Wir haben festgestellt, dass es sich nicht um eine bestimmte Population weißer Zwerge handelt, sondern um die Auswirkungen der vor 50 Jahren vorhergesagten Abkühlung und Kristallisation."
Einige Forscher gingen davon aus, dass die Energie, die durch den Prozess freigesetzt wird, für Astronomen zu gering wäre, wenn weiße Zwerge kristallisieren würden. Dies ist jedoch nicht der Fall, und die während des Prozesses abgegebene Energie befindet sich am oberen Ende der Vorhersagen. In einer anderen Pressemitteilung sagt Tremblay, dass dies wahrscheinlich mit der Zusammensetzung der Zwerge zu tun hat.
„Wir haben nicht nur Hinweise auf eine Wärmefreisetzung beim Erstarren, sondern es ist auch eine wesentlich höhere Energiefreisetzung erforderlich, um die Beobachtungen zu erklären. Wir glauben, dass dies daran liegt, dass der Sauerstoff zuerst kristallisiert und dann zum Kern absinkt, ein Prozess, der der Sedimentation auf einem Flussbett auf der Erde ähnelt “, sagt er. "Dies wird den Kohlenstoff nach oben treiben und diese Trennung wird Gravitationsenergie freisetzen."
Zu wissen, dass diese Sterne zu Kristallkugeln werden, ist zwar ziemlich interessant, hat aber praktische Konsequenzen für Astronomen. Da bekannt ist, dass weiße Zwerge mit gleichmäßiger Geschwindigkeit abkühlen, werden sie häufig zur Datierung von Sternhaufen verwendet. Die Kristallisationsrate eines Weißen Zwergs hängt jedoch von seiner Masse ab. Größere Sterne durchlaufen nach einer Milliarde Jahren den Kristallisationsprozess, während kleinere Sterne Milliarden von Jahren länger brauchen könnten, um mit der Kristallisation zu beginnen. Die Forscher sagen, dass sie bessere Modelle für die Kristallisation dieser Sterne erstellen müssen, um Sternhaufen besser datieren zu können.
Die Erde hat noch etwas Zeit, bis sich die Sonne in einen massiven Astro-Kronleuchter verwandelt. Es wird geschätzt, dass es ungefähr 5 Milliarden Jahre dauern wird, bis es seinen Treibstoff verbrennt und ein weißer Zwerg wird, und es wird weitere 5 Milliarden Jahre dauern, bis es abgekühlt und kristallisiert ist.
