Weiße Zwerge gelten als stetig abkühlende Sternreste. Beobachtungen des Gaia-Weltraumteleskops zeigen jedoch eine Gruppe dieser Objekte, deren Helligkeit über Milliarden Jahre nahezu konstant bleibt. Die wahrscheinlichste Erklärung dafür ist ein Kristallisationsprozess in ihrem Inneren.
Abweichungen vom erwarteten Abkühlungsverhalten
Normalerweise kühlen weiße Zwerge nach dem Ende ihrer Kernfusion kontinuierlich ab. Gaia entdeckte eine Population, die diesem Muster nicht folgt. Diese Objekte befinden sich in einem engen Bereich von Farbe und Helligkeit, obwohl ihre Bewegungsdaten auf ein hohes Alter hindeuten. Analysen legen nahe, dass einige seit mindestens acht Milliarden Jahren nahezu unverändert leuchten.
Die sogenannte Q-Branch im Hertzsprung-Russell-Diagramm zeigt diese Anomalie. Bereits 2019 wurde über diese Häufung von weißen Zwergen berichtet, deren Abkühlung verzögert zu sein scheint. Bei herkömmlicher Kristallisation würde die freiwerdende Energie die Abkühlung nur um etwa eine Milliarde Jahre verzögern – nicht ausreichend für die beobachteten Zeiträume.
Neon-22 als Schlüssel zum Verständnis
Die Lösung des Rätsels liegt vermutlich im Isotop Neon-22. Dieses schwerere Isotop bleibt als Verunreinigung in Kohlenstoff-Sauerstoff-weißen Zwergen zurück. Berechnungen aus dem Jahr 2021 zeigten, dass die Phasentrennung von Neon-22 den Energiehaushalt der Sterne beeinflusst.
Im Inneren der weißen Zwerge bilden sich Kristalle, die weniger Neon-22 enthalten als die umgebende Flüssigkeit. Diese steigen auf, während neonreiche Flüssigkeit absinkt. Dieser Prozess setzt Gravitationsenergie frei, die als Wärme abgegeben wird. Die Energie stammt aus der Umlagerung von Materie im starken Gravitationsfeld des Sterns.
Ein aktuelles Modell aus dem Jahr 2024 konnte diesen Mechanismus in vollständigen Entwicklungsmodellen weißer Zwerge nachbilden. Die Simulationen zeigen, dass der beschriebene Prozess die beobachtete Häufung in der Q-Branch erklären kann.
- Nature (2019): Analyse zur Kristallisation in weißen Zwergen
- Nature (2024): Studie von Bédard, Blouin und Cheng zur Phasentrennung
- SpaceDaily (2019): Bericht über Kristallisationsnachweis