Det första direkta beviset på att vita dvärgstjärnor stelnar till kristaller har upptäckts av astronomer vid University of Warwick, och vår himmel är full av dem.

Observationer har visat att döda rester av stjärnor som vår sol, kallade vita dvärgar, har en kärna av fast syre och kol på grund av en fasövergång under sin livscykel som liknar vatten som förvandlas till is men vid mycket högre temperaturer. Detta kan göra dem potentiellt miljarder år äldre än man tidigare trott.

Upptäckten, ledd av Dr. Pier-Emmanuel Tremblay från University of Warwicks institution för fysik, har publicerats i Natur och bygger till stor del på observationer gjorda med Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit.

Vita dvärgstjärnor är några av de äldsta stjärnobjekten i universum. De är otroligt användbara för astronomer eftersom deras förutsägbara livscykel gör att de kan användas som kosmiska klockor för att uppskatta åldern på grupper av angränsande stjärnor med en hög grad av noggrannhet. De är de återstående kärnorna av röda jättar efter att dessa enorma stjärnor har dött och tappat sina yttre lager och svalnar ständigt när de frigör sin lagrade värme under loppet av miljarder år.

Astronomerna valde ut 15, 000 vita dvärgkandidater inom cirka 300 ljusår från jorden från observationer gjorda av Gaia-satelliten och analyserade data om stjärnornas ljusstyrka och färger.

De identifierade en hög, ett överskott i antalet stjärnor vid specifika färger och ljusstyrkor som inte motsvarar någon enskild massa eller ålder. Jämfört med evolutionära modeller av stjärnor, högen sammanfaller starkt med fasen i deras utveckling där latent värme förutsägs frigöras i stora mängder, vilket resulterar i en långsammare avkylningsprocess. Det uppskattas att dessa stjärnor i vissa fall har bromsat sin åldrande med så mycket som 2 miljarder år, eller 15 procent av vår galax ålder.

Dr. Tremblay sa:"Detta är det första direkta beviset på att vita dvärgar kristalliserar, eller övergång från flytande till fast. Det förutspåddes för femtio år sedan att vi skulle observera en ökning av antalet vita dvärgar vid vissa ljusstyrkor och färger på grund av kristallisation och först nu har detta observerats.

"Alla vita dvärgar kommer att kristallisera någon gång i sin evolution, även om mer massiva vita dvärgar går igenom processen tidigare. Det betyder att miljarder vita dvärgar i vår galax redan har slutfört processen och är i huvudsak kristallsfärer på himlen. Solen själv kommer att bli en kristallvit dvärg om cirka 10 miljarder år."

Kristallisering är processen där ett material blir ett fast tillstånd, där dess atomer bildar en ordnad struktur. Under det extrema trycket i vita dvärgkärnor, atomer packas så tätt att deras elektroner blir obundna, lämnar en ledande elektrongas styrd av kvantfysik, och positivt laddade kärnor i flytande form. När kärnan svalnar till cirka 10 miljoner grader, tillräckligt med energi har frigjorts för att vätskan börjar stelna, bildar en metallisk kärna i dess hjärta med en mantel förstärkt i kol.

Dr. Tremblay tillägger:"Vi har inte bara bevis på värmeavgivning vid stelning, men det krävs betydligt mer energiutsläpp för att förklara observationerna. Vi tror att detta beror på att syret först kristalliserar och sedan sjunker till kärnan, en process som liknar sedimentering på en flodbädd på jorden. Detta kommer att pressa kolet uppåt, och den separationen kommer att frigöra gravitationsenergi.

"Vi har tagit ett stort steg framåt för att få exakta åldrar för dessa kallare vita dvärgar och därför gamla stjärnor i Vintergatan. Mycket av äran för denna upptäckt beror på Gaia-observationerna. Tack vare de exakta mätningarna att den är kapabel av, vi har förstått vita dvärgars inre på ett sätt som vi aldrig förväntat oss. Före Gaia hade vi 100-200 vita dvärgar med exakta avstånd och ljusstyrka – och nu har vi 200, 000. Detta experiment på ultratät materia är något som helt enkelt inte kan utföras i något laboratorium på jorden."