Zapanjujuće istraživanje koje je obuhvatilo više od 26.000 bijelih patuljaka otkrilo je suptilnu, ali ključnu pojedinost o ovim gustim, umirućim ostacima nekada sjajnih zvijezda. Znanstvenici su potvrdili da su topliji bijeli patuljci neznatno veći od hladnijih, čak i kada imaju istu masu. Ovaj dugo teorizirani fenomen osvjetljava ekstremna ponašanja zvijezda i otvara put za istraživanje najneuhvatljivijih aspekata svemira, poput tamne tvari.
Bijeli patuljci predstavljaju završnu fazu evolucije zvijezda sličnih našem Suncu. Kada ostanu bez nuklearnog goriva, iza njih ostaje jezgra s toliko mase da bi jedna čajna žličica tog materijala težila više od tone. S gravitacijom stotinama puta jačom od Zemljine, ove zvijezde postaju prirodni laboratoriji za proučavanje učinaka ekstremnih gravitacijskih sila.
Tim istraživača sa Sveučilišta Johns Hopkins proučavao je kako gravitacija utječe na svjetlosne valove koje emitiraju ove zvijezde. Svjetlost koja bježi iz snažne gravitacijske sile bijelog patuljka gubi energiju, proces poznat kao “gravitacijski crveni pomak.” Taj proces, koji je predvidio Einsteinov opći zakon relativnosti, rasteže svjetlosne valove i čini ih crvenijima. Analizirajući taj crveni pomak, znanstvenici su potvrdili da više temperature lagano šire vanjske plinovite slojeve bijelih patuljaka.
“Bijeli patuljci su izuzetno korisni za testiranje osnovnih principa fizike,” izjavila je Nicole Crumpler, voditeljica istraživanja. “Razumijevanje njihovog ponašanja omogućuje nam razlikovanje poznatih fizičkih učinaka od potencijalno novih, koji bi mogli dovesti do otkrića poput tamne tvari ili kvantne gravitacije.”
Nova granica istraživanja zvijezda
Ova studija nadovezuje se na ranija istraživanja istog tima, koji je 2020. dokazao kako se bijeli patuljci smanjuju s povećanjem mase zahvaljujući kvantnomehaničkom tlaku elektrona.
Ovaj kvantnomehanički fenomen stabilizira guste jezgre zvijezda bez nuklearne fuzije. Ipak, do sada su znanstvenici imali premalo podataka da potvrde kako temperatura utječe na veličinu bijelih patuljaka.
Ova otkrića omogućili su podaci Sloan Digital Sky Surveyja i misije Gaia Europske svemirske agencije. Zajedno, ovi projekti kartiraju milijune nebeskih objekata i omogućuju precizno proučavanje bijelih patuljaka.
“Uz sve preciznija mjerenja, sve smo bliže razumijevanju granica evolucije zvijezda,” rekla je Nadia Zakamska, astrofizičarka i suautorica studije. “Na primjer, što određuje hoće li zvijezda postati bijeli patuljak, neutronska zvijezda ili crna rupa? To su pitanja na samoj granici astrofizike.”
Bijeli patuljci mogli bi također biti ključ za razumijevanje tajni tamne tvari—nevidljive tvari koja čini većinu mase svemira. Iako tamna tvar ne emitira svjetlost, njezini gravitacijski učinci oblikuju ponašanje zvijezda i galaksija. Znanstvenici vjeruju da bi suptilne promjene u strukturi bijelih patuljaka mogle otkriti prisutnost egzotičnih čestica tamne tvari, poput aksiona.
“Ako se dva bijela patuljka nalaze unutar istog područja tamne tvari, njihove bi strukture mogle biti slično promijenjene,” objasnila je Crumpler. “To bi moglo pružiti ključne dokaze za specifične modele tamne tvari.”
Unatoč desetljećima istraživanja, tamna tvar ostaje jedna od najvećih znanstvenih enigmi. “Isključili smo mnoge mogućnosti, ali još uvijek nemamo pravi odgovor,” priznala je Crumpler. “Zato je proučavanje objekata poput bijelih patuljaka toliko važno—oni nude nadu za otkrića koja će proširiti naše razumijevanje svemira.”
