新发现的“不老泉”现象可能有助于恒星延迟数十亿年死亡

最近的观测表明，一些白矮星突然停止冷却。现在，科学家提出了一种“青春之泉”机制，可以解释这些恒星外壳如何在数十亿年里避免死亡。

白矮星是当像太阳这样的恒星“死亡”时留下的恒星，它们在太空中作为冷却的恒星余烬而阴燃。

最近的观察表明，其中一些恒星尸体实际上可能需要比之前预期更长的时间才能冷却。这意味着白矮星在“死亡”后可能有一种产生能量的方式，这违背了它们是惰性死亡恒星的经典形象。因此，一些白矮星实际上可能比目前估计的年龄要老数十亿年。

通过分析 2019 年盖亚太空任务的数据，科学家发现一群白矮星似乎已经停止冷却了数十亿年。现在，由华威大学的 Antoine Bédard 和维多利亚大学的 Simon Blouin 领导的一组研究人员认为，他们知道这一令人困惑的发现背后的机制是什么。

流光溢彩的青春之泉

当质量与太阳相当的恒星耗尽其核心核聚变所需的燃料供应时，白矮星就会诞生。该供应由宇宙中最轻的元素：氢组成。恒星核心中聚变的结束，也就是氢向氦的转化，也切断了向外推动的能量，并保护恒星在数十亿年的时间里免于在自身重力作用下塌陷。

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在重力的作用下，仍在发生核聚变的恒星外层被撕裂。在恒星生命的红巨星阶段，这些层“膨胀”到恒星原始半径的数十倍甚至数百倍。最终，这些周围的层会消散，留下冷却、耗尽的恒星核心，成为白矮星。

对于太阳来说，这种转变将在大约 50 亿年后开始；对于太阳来说，这种转变将在大约 50 亿年后开始；我们恒星的红巨星阶段将使其膨胀到火星半径。在此期间，太阳最终将吞噬包括地球在内的内行星。银河系中97%的恒星都会经历同样的基本过程成为白矮星。

科学家此前认为，核燃料耗尽的白矮星代表了较小恒星几乎惰性的最后阶段。据推测，在它们的心脏内，曾经沸腾的等离子体和湍流的恒星物质随着不再产生热量而冻结成固体。这将导致白矮星在数十亿年的时间里从内到外凝固。

贝达和同事认为，对于一些白矮星来说，其内部致密的等离子体不会从内到外冻结。可以说，他们发现了一个天体青春之泉，它潜伏在一些恒星的外壳下面。

在这些抗衰老的白矮星中，当死亡恒星冷却时会产生固体晶体——这些晶体可以漂浮在密度更大的液体上。

研究小组表示，当这种固体物质向上漂浮时，它会取代向下移动的液体物质。较重的物质向这些白矮星的中心传输会释放引力能。这种能量可以转化为热量，从而使冷却过程停止数十亿年。

贝达德在一份声明中说：“这一解释符合异常白矮星种群的所有观测特性。” “这是第一次在任何类型的恒星中观察到这种传输机制，这令人兴奋：我们并不是每天都会发现全新的天体物理现象！”

白矮星停止冷却过程的发现引发的重大问题之一是，它们本身与“死亡”的同类有何不同。正如预期的那样，这些是白矮星，很冷。

“这种差异可能是由于恒星的成分造成的，”布卢因解释道。 “一些白矮星是由两颗不同的恒星合并而成的。当这些恒星碰撞形成白矮星时，它会改变恒星的成分，从而形成漂浮的晶体。”

目前，当科学家观察白矮星时，他们认为白矮星越冷，它就越古老。然而，这些奇特的白矮星经历的冷却延迟可能意味着它们的温度使它们看起来比实际年龄年轻得多。

因此，这些抗衰老白矮星的发现以及它们用作“青春之泉”的机制实际上可能会重新定义天文学家一般测定恒星日期的方式。

贝达德说：“我们发现的传输机制意味着一些白矮星数十亿年来一直像‘正常’恒星一样明亮。” “这使得年龄测定和我们利用白矮星重建银河系的形成变得更加复杂。”

该团队的研究成果于 3 月 6 日发表在《自然》杂志上。

最初发布于Space.com。