盖亚揭示了太阳般的恒星是如何在消亡后变为固体的

2019年1月9日，欧空局(ESA)的银河系测绘航天器盖亚（Gaia）捕捉到的数据首次揭示了白矮星，即我们太阳等恒星的死残骸，在它们内部的热源冷却后，如何变成固体球体。

白矮星内部物质的凝固或结晶过程在50年前就已经被预言过了，但直到盖亚的出现，天文学家才能够如此精确地观测到足够多的白矮星，从而看到揭示这一过程的模式。

英国华威大学的pierre – emmanuel Tremblay是这篇发表在《自然》杂志上的研究报告的主要作者，他说:“以前，我们只能观测到几百颗白矮星的距离，其中很多都是成簇的，它们的年龄都是一样的。”“有了盖亚，我们现在就有了几十万颗白矮星的距离、亮度和颜色，这些白矮星是银河系外圆盘上一个相当大的样本，超越了研究初始时的质量范围和年龄。”正是在对这些恒星距离的精确估计中，盖亚取得了突破性进展，使天文学家能够以前所未有的精度测量它们的真实亮度。

结晶白矮星的核心示意图

来源：ESA

在真正的宇宙尺度上，M100被认为是一个宏伟壮观的旋涡星系。它是一个拥有超过1000亿颗恒星的庞大星系，具有清晰的旋臂，与我们的银河系相似。亦称为NGC 4321的M100是处女座星系团中最明亮的成员之一，位于朝向后发座方向、距离我们约5600万光年远处。这幅M100的哈勃太空望远镜影像是最近用3号广角相机拍摄的，它突出了明亮的蓝色星团和复杂蜿蜒的尘埃带，这些都是这类星系的特征。对M100 中变星的研究在确定宇宙大小和年龄方面发挥了重要作用。

恒星的演化

来源：ESA

白矮星是类似太阳的中等大小恒星的残骸。一旦这些恒星的核心燃烧完所有的核燃料，它们就会脱离外层，留下一个开始冷却的热核。这些超高密度的残余物在冷却时仍会发出热辐射，天文学家们将其视为相当微弱的物体。据估计，银河系中高达97%的恒星最终会变成白矮星，而大质量的恒星最终会变成中子星或黑洞。白矮星的冷却时间长达数十亿年。一旦它们达到一定的温度，恒星核心内原本炽热的物质开始结晶，变成固体。这个过程类似于液态水在地球上零摄氏度时变成冰的过程，只是白矮星凝固的温度非常高——大约1000万摄氏度。在这项研究中，天文学家们分析了盖亚观测到的距地球300光年内的15000多颗候选恒星残骸，并将这些结晶的白矮星视为一个相当独特的群体。

这张图被称为赫茨普朗-罗素图(以20世纪早期研究恒星演化的天文学家的名字命名)，结合了有关距地球300光年内1.5万多颗白矮星的亮度、颜色和距离的信息。这些黑点显示的数据来自欧洲航天局盖亚卫星的第二次发射。在图中，蓝线显示了不同质量的白矮星的冷却顺序——分别是太阳质量的0.6倍、0.9倍和1.1倍——正如理论模型所预测的那样。

通过分析盖亚的数据，科学家们发现了一堆具有特定颜色和亮度（以橙色线突出）的白矮星，这些白矮星在进化过程中没有联系在一起。他们认识到，这堆白矮星并不是一个独特的种群，而是恒星核心内部最初的热物质冷却和结晶的影响。

来源：ESA

Pier-Emmanuel说:“我们看到一堆具有特定颜色和亮度的白矮星聚集在一起，而这些白矮星在进化过程中并没有联系在一起。”“我们意识到，这不是一个独特的白矮星种群，而是50年前预言的冷却和结晶的影响。”在这个持续了几十亿年的结晶过程中释放的热量，似乎减缓了白矮星的演化:死亡的恒星不再变暗，结果，它们看起来比实际年龄年轻了20亿年。这反过来又影响了我们对这些白矮星所属恒星群的理解。Pier-Emmanuel解释说:“白矮星通常被用来测定恒星群的年龄，比如星团、外盘和银河系的光环。我们现在必须开发更好的结晶模型，以更准确地估计这些系统的年龄。”

但不是所有的白矮星都以同样的速度结晶。更多的大质量恒星冷却得更快，将达到大约10亿年结晶的温度。质量较低的白矮星，更接近太阳的预期结束阶段，冷却速度较慢，需要60亿年才能变成固体球体。太阳在变成白矮星之前还有大约50亿年的时间，天文学家们估计，在那之后还需要50亿年的时间才能最终冷却成一个“水晶球”。

欧洲航天局的盖亚项目科学家Timo Prusti说:“这个结果突出了盖亚的多功能性及其众多的应用。”“令人兴奋的是，扫描天空中的恒星并测量它们的性质，可以证明物质中等离子体现象的存在，这种现象的密度非常大，无法在实验室中进行测试。”

文章链接：https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia/Gaia_reveals_how_Sun-like_stars_turn_solid_after_their_demise

校对/编辑：一毫秒的永恒

APC新媒体编辑部

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