En dag - sannsynligvis milliarder av år fra nå - vil solen vår dø. Hva som egentlig skjer med solen på slutten av det lange livet, har imidlertid lenge vært oppe til debatt. Nye observasjoner rapportert i en studie i tidsskriftet Nature avslører at de fleste stjerner, inkludert solen, sannsynligvis vil bli til gigantiske romkrystaller omtrent på jordens størrelse som vil markere stedet der solsystemet vårt en gang var.
Funnet kommer fra Det europeiske romfartsorganets Gaia romteleskop, som tok en nærmere titt på fargen og lysstyrken til 15 000 stjerners rester kjent som hvite dverger innen omtrent 300 lysår fra Jorden. For femti år siden spiste astronomer først at den mot slutten av en hvit dvergs liv ville kjøle seg nok til å overføre fra en væske til et fast stoff og krystallisere, men de hadde ingen bevis. Denne nye studien gir de første observasjonsbevisene for at stjernenestene faktisk kjøles ned til kosmiske diskokuler.
Faktisk forteller hovedforfatter og astronom Pier-Emmanuel Tremblay fra Warwick University til Deborah Netburn på The Los Angeles Times at flertallet av stjernene i det kjente universet etter hvert vil krystallisere.
"Om flere titalls milliarder år fra nå vil universet i stor grad være laget av tette krystallkuler, " sier han. "I fremtiden vil disse objektene være helt dominerende."
Så, hva er en hvit dverg? I utgangspunktet er det et av de siste stadiene i en stjerners liv. Mellomstore stjerner drivstoff for deres eksistens ved å fusjonere hydrogen til helium i deres superoppvarmede kjerner. Energien og trykket som frigjøres fra disse kjernefysiske reaksjonene genererer varme og utovertrykk for å holde stjernen stabil. Etter hvert vil imidlertid små til mellomstore stjerner - definert som noe med en masse som er mindre enn omtrent 8 ganger solenes masse - konvertere det meste av deres hydrogen til helium. Trykket fra disse reaksjonene vil ikke kunne overvinne tyngdekraften fra stjernens kjerne. Stjernen vil deretter begynne å kollapse på seg selv, og deretter begynne å varme seg opp igjen og begynne å smelte det siste resterende hydrogenet utenfor kjernen i et brennende skall som får stjernen til å utvide seg massivt til en rød gigant. Det vil bli varmt nok til å smelte sammen heliumkjernen i de tyngre elementene oksygen og karbon. Etter det vil den blåse av de ytre lagene, og det som gjenstår er en hvit dverg, eller den brukte kjernen av stjernen som vil avta avkjølt over flere milliarder år.
I følge Netburn, hvis de hvite dvergene ganske enkelt avkjølte seg over tid og ikke ble til krystaller, ville stjernene endre farge og mistet lysstyrken på en jevn, forutsigbar bane, og ble fra blå til oransje til rød når de avkjølte seg.
Men Gaia-teleskopdataene viste at mange hvite dverger sluttet å kjøle seg ned i millioner og noen ganger milliarder av år i stedet for å følge den forutsigbare banen og i stedet frigjorde energi. Den mest fornuftige forklaringen er at i løpet av denne tidsperioden krystalliserer den hvite dvergen, en prosess som gir av energi.
"Vi så en haug med hvite dverger med visse farger og lysstyrker som ellers ikke var knyttet sammen med tanke på evolusjonen deres, " sier Pier-Emmanuel i en pressemelding. "Vi innså at dette ikke var en tydelig populasjon av hvite dverger, men effekten av avkjøling og krystallisering forutså for 50 år siden."
Noen forskere trodde at hvis hvite dverger krystalliserte, ville energien som ble gitt av prosessen, være for liten til at astronomer kunne oppdage. Men det er ikke tilfelle, og energien som gis under prosessen er i den øvre enden av spådommer. I en annen pressemelding sier Tremblay at det sannsynligvis har å gjøre med sammensetningen av dvergene.
"Ikke bare har vi bevis på frigjøring av varme etter størkning, men det trengs betydelig mer energiutgivelse for å forklare observasjonene. Vi tror dette skyldes at oksygen først krystalliseres og deretter synker ned til kjernen, en prosess som ligner sedimentasjon på en elveleie på jorden, sier han. "Dette vil presse karbonet oppover, og at separasjonen vil frigjøre gravitasjonsenergi."
Selv om det å vite at disse stjernene blir krystallkuler er ganske interessant, har det praktiske konsekvenser for astronomer. Fordi hvite dverger var kjent for å kjøle seg med jevn hastighet, brukes de ofte til å datere stjerneklynger. Men hastigheten som en hvit dverg krystalliserer avhenger av massen, med større stjerner som går gjennom krystalliseringsprosessen etter en milliard år, mens mindre stjerner kan ta milliarder av år lenger å begynne å krystallisere. Forskerne sier at de må lage bedre modeller for hvordan disse stjernene krystalliseres for å bruke dem til å bedre stjerneklynger.
Jorden har fortsatt litt tid til å gå før solen forvandler seg til en massiv astro-lysekrone. Det anslås at det vil ta omtrent 5 milliarder år før det brenner gjennom drivstoffet og blir en hvit dverg, og det vil ta ytterligere 5 milliarder år å avkjøle seg og krystallisere.
