Data som fångats av ESA: s Gaia-rymdskepp visade för första gången hur vita dvärgar, de döda resterna av stjärnor som vår sol, förvandlas till fasta sfärer efter att den heta gasen inuti dem har svalnat.
Denna process för stelning eller kristallisering av material inuti vita dvärgar förutsågs för 50 år sedan, men astronomer har inte kunnat observera tillräckligt av dessa objekt för att se ett prov som avslöjar denna process.
"Vi brukade bara ha några hundra vita dvärgar och många av dem var i kluster av ungefär samma ålder," säger Pierre-Emmanuel Tremblay från University of Warwick, Storbritannien, huvudförfattare till uppsatsen som beskriver resultaten.
Med hjälp av Gaia fick vi mer information. Mycket data mottogs från olika objekt med olika avstånd, ljusstyrka och färg. Dessa är hundratusentals vita dvärgar på mjölkvägens yttre skiva, med olika massor och olika åldrar.
Det är att exakt uppskatta avståndet till dessa stjärnor som Gaia gör ett genombrott, vilket gör att astronomer kan mäta deras verkliga ljusstyrka med en aldrig tidigare skådad precision.
(Huvudfoto visar en vit dvärg, en död rest av en stjärna som vår sol, med en kristalliserad fast kärna.)
Vita dvärgar är resterna av medelstora stjärnor som liknar vår sol. Efter att dessa stjärnor brände bort allt kärnbränsle i deras kärna, släppte de sina yttre skikt och lämnade en varm kärna som börjar svalna.
Dessa superdense rester avger fortfarande termisk strålning när de svalnar och är synliga för astronomer som ganska svaga föremål. Det uppskattas att upp till 97% av stjärnorna i Vintergatan så småningom blir vita dvärgar, medan de mest massiva kommer att visa sig vara neutronstjärnor eller svarta hål.
Kampanjvideo:
Kylning av vita dvärgar tar miljarder år. När de når en viss temperatur börjar den ursprungligen heta substansen i stjärnkärnan att kristallisera och blir fast. Processen liknar omvandlingen av flytande vatten till is på jorden vid noll temperaturer, förutom att temperaturen vid vilken denna stelning sker i vita dvärgar är extremt hög -
cirka 10 miljoner grader Celsius.
I denna studie analyserade astronomer mer än 15 000 kandidatstjärnorester 300 ljusår från jorden. Gaia kunde se dessa kristalliserande vita dvärgar som en distinkt grupp.
"Vi såg ett stort antal vita dvärgar i olika färger och nyanser som inte var relaterade till varandra när det gäller deras utveckling," säger Pierre-Emmanuel.
”Vi insåg att detta inte är en separat population av vita dvärgar, men kylnings- och kristallisationseffekten förutspådde för 50 år sedan."
Värmen som frigörs under denna kristallisationsprocess, som varar flera miljarder år, verkar bromsa utvecklingen av vita dvärgar.
"Vita dvärgar har traditionellt använts för en ålderdatering av stjärnpopulationer som stjärnkluster," förklarar Pierre-Emmanuel.
”Vi måste nu utveckla bättre kristallisationsmodeller för att få mer exakta uppskattningar av systemens ålder."
Inte alla vita dvärgar kristalliseras i samma takt. Mer massiva stjärnor svalnar snabbare och når temperaturer vid vilka kristallisering sker på ungefär en miljard år. Vita dvärgar med lägre massa, närmare solens förväntade slutfas, kyler långsammare och tar upp till sex miljarder år för att förvandlas till döda fasta sfärer.
Solen har fortfarande cirka fem miljarder år innan den blir en vit dvärg, och astronomer beräknar att det kommer att ta ytterligare fem miljarder år efter det för att så småningom svalna till en kristallin sfär.
”Detta resultat understryker mångsidigheten hos Gaia och dess många tillämpningar,” säger Timo Prusti, projektforskare vid ESA.