Milliarder af år fra nu, når solen er i sin endelige dødskraft (det vil sige, efter at den allerede har fordampet Jorden), vil dens heliumkerne kollapse ind på sig selv og skrumpe ind i en tæt komprimeret kugle med glødende gas kaldet en hvid dværg .
Men mens disse stjernede gravsten allerede prikker vores galaktiske landskab, forbliver deres interiør et puslespil i fysikken - hvilket ikke er nogen overraskelse, i betragtning af hvor underlige de er.
For nylig har et par forskere skabt en sofistikeret model til at "se på" en hvid dværgs inderside. Og gæt hvad? Disse kosmiske ulige kugler kunne skamme jordiske trøfler til skamme, da de ser ud til at have kremede centre, der er fyldige med eksotiske kvantevæsker.
Den engang stolte stjerne
Stjerner som vores sol får deres energi ved at smelte brint i helium dybt i deres kerner. Denne energiproduktion kan ikke vare evigt - til sidst løber det tilgængelige brint ud, og festen stopper. Men nær slutningen af deres liv kan stjerner kort tænde lysene ved at brænde helium og efterlade en inert, død kerne af kulstof og ilt.
Men småstjerner som vores sol har ikke nok tyngdepunkt til at smelte kulstof og ilt ind i nogen tungere elementer som magnesium eller jern, og så dør de, vender sig indefra og frigiver deres atmosfærer til en smuk (eller gory, afhængigt af din synspunkt) planetarisk tåge.
Denne kerne af kulstof og ilt forbliver bagved, en betydelig del af stjernemassen låst inde i en kerne ikke større end Jorden. Da astronomer først opdagede disse mærkelige genstande - nu kendt som hvide dværge - troede de, de var umulige, med beregnede tætheder svævende over en milliard gange den luft, vi indånder. Hvordan kunne noget have en så ekstrem densitet og ikke blot kollapse under sin egen frygtelige vægt?
Men hvide dværge er ikke umulige, og teoretisk indsigt i det tidlige 20. århundrede løste mysteriet om, hvordan hvide dverge muligvis kunne eksistere. Svaret kom i form af kvantemekanik, og erkendelsen af, at naturen ved høje densiteter ganske enkelt er meget underlig. I tilfælde af hvide dværge kan kun et vist antal elektroner pakkes inde. Da disse spindeelektroner frastøder hinanden, skaber de sammen tilstrækkeligt pres til at holde de døde stjerner balloneret op, modstå selv de næsten overvældende tyngdekrafter.
Og så stjerne lig kan leve videre i billioner af år.
Flødefyldte centre
Mens disse tidlige beregninger viste, hvordan hvide dværge kunne eksistere i vores univers, vidste astrofysikere, at enkle beskrivelser ikke helt ville fange hvad der sker i sådanne eksotiske kerner. Når alt kommer til alt er dette en sagstilstand, der er fuldstændig utilgængelig for laboratorier og eksperimenter her på Jorden - hvem ved, hvilke underlige spil naturen måtte komme op til, dybt inde i disse døde hjerter?
Både fysikere og astronomer har spekuleret på det indre af hvide dværge i årtier, og i et nyligt papir, der optræder på fortrykket tidsskriftet arXiv, har et par russiske teoretiske fysikere foreslået en ny model af de dybe kerner i hvide dverge, hvor de detaljerede hvordan deres model bygger på og afviger fra tidligere arbejde, og hvordan observatører potentielt kan fortælle, om deres nye model er nøjagtig.
I denne nye model simulerede forskerne kernen i den hvide dværg som består af kun en slags tunge ladede kerner (dette er ikke helt nøjagtigt, da hvide dværge er en blanding af flere elementer som kulstof og ilt, men det er en godt nok udgangspunkt), med disse partikler nedsænket i en tyk suppe med elektroner.
Denne opsætning antager, at hvide dværge er varme nok til at have flydende interiør, hvilket er en rimelig antagelse, i betragtning af at når de er født (eller rettere, når de endelig udsættes efter deres værtsstjerners død), har de temperaturer godt over en million grader kelvin.
De yderste lag af en hvid dværg udsættes for det skøre miljø i et rent vakuum, hvilket gør det muligt for brint at sætte sig på overfladen, hvilket giver dem en lys, tynd atmosfære. Og over ekstreme tider køler hvide dverge sig ned og danner til sidst en gigantisk krystal, men det er længe nok væk, at for det meste er hvide dverge fyldt med en eksotisk kvantevæske af kulstof og ilt, så modellen, der blev brugt i denne undersøgelse, er relativt nøjagtig i en stor del af en hvid dværgs levetid.
Signaturoverflader
Da hvid-dværg tarme repræsenterer et af de mest usædvanlige miljøer i universet, kunne studere dem afsløre nogle dybe egenskaber ved kvantemekanik under ekstreme forhold. Men da forskere aldrig kan håbe på at reb i en hvid dværg i nærheden for at bringe den ind til en vivisektion, hvordan kan vi muligvis få et kig under hætten?
Forskerne af den nye model viste, hvordan lyset, der afgives af hvide dværge, kan være forskellig varme. Hvide dværge genererer ikke varme alene. deres intense temperaturer er resultatet af det ekstreme tyngdepress, de står over for, da de var inde i stjerner. Men når deres værtstjerne blæser væk, og de er udsat for rummet, gløder de intenst - i de første par tusinde år efter deres store afsløring, er de så varme, at de udsender røntgenstråling.
Men køler de ned, nogensinde så langsomt, lækker deres varme væk som stråling ud i rummet. Og vi har set hvide dværge længe nok til at vi kan se dem køle af i løbet af år og årtier. Hvor hurtigt de afkøles afhænger af, hvor effektivt deres fangede varme kan slippe ud til deres overflader - hvilket igen afhænger af den nøjagtige art af deres tarm.
En anden egenskab, som forskerne viste, kunne bruges til at undersøge inde i hvide dværge, er deres nogensinde så svage vugge. Akin til den måde, hvorpå seismografi bruges til at studere jordens kerne, ændrer makeup og karakter af en hvid dværg, hvordan vibrationer vil vise sig på overfladen.
Til sidst kan vi bruge bestande af hvide dværge til at få et tip om deres interiør, da forholdet mellem deres masser og deres størrelse afhænger af de nøjagtige kvantemekaniske forhold, der styrer deres interiør.
Især antyder den nye forskning, at de fleste hvide dværge skulle køle ned hurtigere, end vi plejede at tænke, vibrere lidt mindre ofte, end ældre modeller antyder og være lidt større end forventet, end hvis vi ikke tager højde for denne mere realistiske model. Nu er det op til astronomerne at foretage præcise målinger til at se, om vi virkelig forstår disse eksotiske miljøer, eller om vi er nødt til at tage en anden knæk på det.
- 8 måder, du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv
- 11 Fascinerende fakta om vores Melkevejsgalakse
- De 11 største ubesvarede spørgsmål om Dark Matter
Paul M. Sutter er en astrofysiker hos Ohio State University, vært for Spørg en Spaceman og Space Radio, og forfatter af Dit sted i universet.
