אתגרי תופעת קריסטל צף ספר לימוד הגדרת כוכבי גמד לבנים

מדענים גילו שחלק מהגמדים הלבנים מפסיקים להתקרר עקב היווצרות גבישים פנימית, מאתגרים תיאוריות קיימות על הזדקנות כוכבים ומשפיעים על שיטות הערכת גיל כוכבים.

מדענים חשפו מדוע כמה גמדים לבנים מפסיקים באופן מסתורי להתקרר – משנים רעיונות לגבי בני הכוכבים באמת, ומה קורה להם כשהם מתים.

כוכבים ננסים לבנים מאמינים בעולם כ"כוכבים מתים" שמתקררים ללא הרף לאורך זמן. עם זאת, בשנת 2019, נתונים מ- סוכנות החלל האירופיתשל (ESA's) גאיה לוויין גילה אוכלוסייה של ננס לבן כוכבים שהפסיקו להתקרר במשך יותר משמונה מיליארד שנים. זה הצביע על כך שחלק מהגמדים הלבנים יכולים לייצר אנרגיה נוספת משמעותית, בניגוד לתמונה הקלאסית של 'כוכב מת', ואסטרונומים בתחילה לא היו בטוחים כיצד זה יכול לקרות.

גילוי פורץ דרך בפיזיקה של כוכבים

מחקר חדש שפורסם ב טֶבַעבראשותו של ד"ר אנטואן בדר מה- אוניברסיטת וורוויק וד"ר סיימון בלואין מאוניברסיטת ויקטוריה (קנדה), חושף את המנגנון מאחורי התצפית המבלבלת הזו.

מעל 97% מהכוכבים ב- שביל החלב יהפכו בסופו של דבר לגמדים לבנים. מדענים ראו זה מכבר שהכוכבים הללו נמצאים בסוף חייהם. לאחר שהתרוקנו מקור האנרגיה הגרעיני שלהם, הם מפסיקים לייצר חום ומתקררים עד הצפוף פְּלַסמָה בפנים שלהם קופא למצב מוצק, והכוכב מתמצק מבפנים החוצה. תהליך הקירור הזה יכול לקחת מיליארדי שנים.

על פי המחקר החדש, אצל חלק מהגמדים הלבנים, הפלזמה הצפופה בפנים אינה קופאת רק מבפנים החוצה. במקום זאת, הגבישים המוצקים שנוצרים בהקפאה הם פחות צפופים מהנוזל, ולכן רוצים לצוף. כשהגבישים צפים כלפי מעלה, הם מחליפים את הנוזל הכבד יותר כלפי מטה. הובלת חומר כבד יותר לכיוון מרכז הכוכב משחררת אנרגיית כבידה, ואנרגיה זו מספיקה כדי לקטוע את תהליך ההתקררות של הכוכב למשך מיליארדי שנים.

Antione Bédard, עמית מחקר באוניברסיטת וורוויק, אמר: "הסבר זה תואם את כל תכונות התצפית של אוכלוסיית הגמדים הלבנים הבלתי רגילים. זו הפעם הראשונה שמנגנון התחבורה הזה נצפה בכל סוג של כוכב, וזה מרגש: לא בכל יום אנו חושפים תופעה אסטרופיזית חדשה לגמרי!"

לחוקרים יש השערה מדוע זה קורה בכוכבים מסוימים אך לא באחרים. סיימון בלווין, עמית לאומי של המכון הקנדי לאסטרופיזיקה תיאורטית באוניברסיטת ויקטוריה, הסביר: "ההבדל נובע ככל הנראה מהרכב הכוכב. כמה כוכבי ננס לבנים נוצרים על ידי מיזוג של שני כוכבים שונים. כאשר הכוכבים הללו מתנגשים ויוצרים את הננס הלבן, זה משנה את הרכב הכוכב באופן שיכול לאפשר היווצרות של גבישים צפים".

השלכות על הערכת גיל כוכבים

תגלית חדשה זו לא רק תדרוש עדכון של ספרי הלימוד באסטרונומיה, אלא גם שאסטרונומים יחזרו על התהליך שבו הם משתמשים כדי לקבוע את גילן של אוכלוסיות כוכבים. נכון לעכשיו, ננסים לבנים משמשים באופן שגרתי כמחווני גיל: ככל שהגמד הלבן קריר יותר, מניחים שהוא מבוגר יותר. עם זאת, בשל העיכוב הנוסף בקירור שנמצא בחלק מהגמדים הלבנים, כוכבים מסוימים בטמפרטורה מסוימת עשויים להיות מבוגרים במיליארדי שנים ממה שחשבו בעבר.

בדארד הוסיף: "מנגנון ההובלה שחשפנו אומר שכמה ננסים לבנים זורחים בבהירות כמו כוכבים 'רגילים' במשך מיליארדי שנים. זה מסבך את היכרויות הגיל ואת השימוש שלנו בגמדים לבנים כדי לשחזר את היווצרות הגלקסיה שלנו".

מחקר זה נתמך על ידי מועצת המחקר הלאומית למדעים והנדסה של קנדה (NSERC), תוכנית מלגת הפוסט-דוקטורט באנטינג, מועצת המחקר האירופית והמכון הקנדי לאסטרופיזיקה תיאורטית (CITA).

המחבר השלישי של המחקר, ד"ר סיהאו צ'נג, הוא חבר פוסט-דוקטורט במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, ניו ג'רזי, ארה"ב.