راز این پدیده در عنصری به نام نئون-۲۲ نهفته است که پس از کربن و اکسیژن، فراوانترین عنصر در داخل کوتولههای سفید به شمار میرود.
زمانی که کوتولههای سفید حداقل ۲.۵٪ نئون-۲۲ بر حسب جرم داشته باشند، فرآیندی به نام «تقطیر» در هستههایشان رخ میدهد. تیم تحقیقاتی کشف کرد که این اتفاق به این دلیل است که کریستالهای جامد نسبت به مایع اطراف خود از نئون-۲۲ تهیتر میشوند، در نتیجه سبکتر شده و به سمت بالا شناور میشوند و در آنجا ذوب میشوند. این فرآیند، که معادل نجومی یک لامپ لاوا است، مقدار عظیمی از انرژی گرانشی آزاد میکند و در واقع روند خنک شدن کوتوله سفید را تا ۱۰ میلیارد سال به تعویق میاندازد.
نئون-۲۲ در طول عمر ستاره از طریق فرآیندی که به خوبی شناخته شده است، شکل میگیرد. در مرحله سوختن هلیوم، نیتروژن-۱۴ (که توسط چرخه CNO تولید میشود) به نئون-۲۲ تبدیل میشود. این بدان معناست که ستارگانی که دارای فراوانی اولیه بالاتری از کربن، نیتروژن و اکسیژن هستند (که بهطور جمعی «فلزی بودن» نامیده میشوند) مقدار بیشتری نئون-۲۲ در کوتولههای سفید باقیمانده خود تولید میکنند.
برای آزمایش این نظریه، تیم تحقیقاتی حدود ۴۰۰۰ ستاره از فهرست Hypatia را بررسی کردند. این فهرست شامل اندازهگیریهای طیفسنجی با وضوح بالا از ستارگان نزدیک در فاصله ۵۰۰ پارسکی از خورشید است. با استفاده از کد تکامل ستارهای MESA، آنها مدل کردند که هر ستاره چه مقدار نئون-۲۲ در کوتوله سفید باقیمانده خود تولید خواهد کرد.
پیشبینیهای تیم تحقیقاتی بهطور شگفتآوری با مشاهدات ماهواره Gaia آژانس فضایی اروپا همخوانی داشت، که تجمع غیرمعمولی از کوتولههای سفید در «شاخه Q» نمودارهای درخشندگی ستارهای را شناسایی کرده بود. حدود ۶٪ از کوتولههای سفید پرجرم به نظر میرسد روند خنک شدن خود را تا ۱۰ میلیارد سال متوقف کردهاند، چیزی که محققان آن را «ترافیک کیهانی» توصیف میکنند. شواهد اضافی از سرعت حرکت ستارگان به دست آمده است؛ ستارگان شاخه Q سریعتر از آنچه سن ظاهریشان نشان میدهد حرکت میکنند، که نشانهای آشکار از تأخیر در خنک شدن است.
شاید جذابترین نکته این باشد که تحقیق یک الگوی کهکشانی روشن را آشکار میکند. با استفاده از مدل جامع جمعیتهای ستارهای راه شیری، تیم دریافت که کوتولههای سفید تقطیر شده بیشترین فراوانی را در نزدیکی مرکز کهکشان دارند (۷.۶٪ در فاصله ۲ کیلوپارسکی) و به تدریج به سمت دیسک خارجی کاهش مییابند (۱.۰٪ در فاصله ۸–۱۰ کیلوپارسکی از مرکز).
این گرادیان بازتابی از شیمی زمینهای کهکشان ما است؛ ستارگان غنی از فلز که میتوانند کوتولههای سفید با نئون بالا تولید کنند، در مناطق داخلی کهکشان فراوانترند. این یافته نشان میدهد که نواحی قابل سکونت طولانیمدت اطراف کوتولههای سفید بیشترین فراوانی را در بخشهای داخلی راه شیری خواهند داشت.
این کشف پیامدهای عمیقی برای زیستشناسی فرازمینی دارد. کوتولههای سفید در حال تقطیر نئون میتوانند نواحی قابل سکونت را برای مدتهای بسیار طولانیتری نسبت به آنچه پیش از این تصور میشد، حفظ کنند، و این نواحی در فاصلهای دورتر از ستاره قرار دارند، که اثرات مخرب نیروهای جزر و مدی بر سیارات مداری احتمالی را کاهش میدهد.
برخی بررسیها تعداد غیرمعمولی بالایی از کوتولههای سفید پرجرم در همسایگی خورشیدی یافتهاند که به نظر میرسد با مدل جدید مغایرت دارد. تیم تحقیقاتی پیشنهاد میکند که این فراوانی ظاهری ممکن است در واقع یک سوگیری مشاهداتی باشد، زیرا کوتولههای سفید تقطیر شده برای مدت طولانیتری درخشان باقی میمانند و بنابراین در بررسیهای محدود به قدر ظاهری بیشتر شناسایی میشوند و این منجر به نمایندگی بیش از حد آنها میشود.
این پژوهش درک ما از محل احتمالی وجود حیات در جهان را تغییر میدهد. در حالی که پیش از این کوتولههای سفید به عنوان پایانهای نجومی تصور میشدند، ممکن است در واقع برخی از پایدارترین و طولانیترین محیطهای قابل سکونت را ارائه دهند. با وجود میلیاردها کوتوله سفید در کهکشان ما و سهم قابل توجهی از آنها که ممکن است این نواحی قابل سکونت طولانیمدت را داشته باشند، جهان ممکن است فرصتهای بسیار بیشتری برای زندگی ارائه دهد، فرصتهایی که در میان رایجترین بازماندههای ستارهای کهکشان پنهان شدهاند، اما در دیدرس ما قرار دارند.
