Een artistieke impressie van twee witte dwergen tijdens het samenvoegen.
(Afbeelding: © University of Warwick / Mark Garlick)
Een reus witte dwerg ster kan de nakomeling zijn van een botsing tussen twee andere witte dwergen, vindt een nieuwe studie.
De nieuwe bevinding suggereert dat er andere ultramassieve witte dwergen met een vergelijkbare oorsprong zouden kunnen bestaan; dit kan helpen om licht te werpen op hoe groot een witte dwerg moet zijn om te exploderen in een supernova, zeiden de wetenschappers achter het nieuwe onderzoek.
Witte dwergen zijn de vage, vervagende kernen ter grootte van de aarde van dode sterren die achterblijven nadat sterren van gemiddelde grootte hun brandstof hebben uitgeput en hun buitenste lagen hebben afgeworpen. Onze zon zal op een dag een witte dwerg worden, net als meer dan 90% van de sterren in ons sterrenstelsel.
Wetenschappers hebben een witte dwerg bestudeerd die bekend staat als WDJ0551 + 4135, die zich op ongeveer 150 lichtjaar van de aarde bevindt. Recente bevindingen van de European Space Agency's Gaia telescoop suggereerde dat dit object een uitzonderlijk grote witte dwerg zou kunnen zijn. Om meer te weten te komen over deze ongewone dode ster, analyseerden de wetenschappers hem met behulp van gegevens van de William Herschel-telescoop op de Canarische Eilanden.
Door het spectrum van kleuren in het licht van de witte dwerg te onderzoeken, konden de astronomen de chemicaliën in de ster identificeren. Onverwacht vonden de onderzoekers een hoog koolstofgehalte in de atmosfeer van het object, dat wetenschappers nog nooit eerder hadden gezien in witte dwergen.
"Een witte dwerg heeft een interne structuur die lijkt op een ui, omdat hij in lagen is", vertelde hoofdauteur Mark Hollands, een astrofysicus aan de University of Warwick in Engeland, aan Space.com. 'In de kern van de witte dwerg bestaat het grootste deel van zijn massa uit koolstof en zuurstof, en dan heb je daar meestal een laag helium bovenop, en dan een laag waterstof. Dus als je een telescoop op een witte richt dwerg, je ziet alleen de buitenste lagen. '
Die structuur betekent dat wetenschappers studeren witte dwergen zie meestal alleen waterstof of alleen helium, of misschien een mix van helium en koolstof. Maar dat is niet wat Hollands en zijn collega's zagen bij deze witte dwerg.
'Je verwacht nooit dat waterstof en koolstof in een witte dwerg met elkaar worden vermengd - er zou een laag helium moeten zijn om ze gescheiden te houden', zei Hollands. 'Dat was heel vreemd en heel verrassend en deed de grote vraag rijzen hoe dat zou kunnen gebeuren.'
Hollands en zijn collega's zeiden dat ze een oplossing voor deze puzzel hebben: de vreemde structuur is ontstaan toen twee andere witte dwergen tegen elkaar sloegen en hun ingewanden gemengd werden, schreven de wetenschappers. Maar de nieuwe massieve witte dwerg was niet helemaal groot genoeg om een supernova te veroorzaken, waardoor de vreemd grote ster intact bleef.
Voor de onderzoekers was een belangrijke aanwijzing voor dit mysterie de massa van deze witte dwerg. De meeste witte dwergen zijn ongeveer 0,6 keer de massa van de zon, maar WDJ0551 + 4135 is bijna het dubbele van de gemiddelde massa van witte dwergen, bij 1,14 zonsmassa's, allemaal samengeperst in een ruimte die slechts tweederde van de diameter van de aarde is.
Een andere aanwijzing is de schijnbare leeftijd van deze witte dwerg. Oudere witte dwergen zijn meestal koeler en draaien rond het midden van de Melkweg sneller dan hun jongere tegenhangers, omdat ze in de loop van de tijd meer warmte hebben verloren en meer zwaartekrachtinteracties hebben ervaren met andere sterren die hen versnellen. WDJ0551 + 4135 beweegt echter sneller dan 99% van andere nabijgelegen witte dwergen die ongeveer dezelfde temperatuur hebben, wat suggereert dat een van deze twee leeftijdsmetingen scheef was.
De onderzoekers wisten dat WDJ0551 + 4135 een vreemde samenstelling had, een massa die tweemaal zo groot was als de gemiddelde witte dwerg en een leeftijd die relatief jong leek als je naar de hitte van de ster keek, maar relatief oud als je naar zijn bewegingen keek. De astronomen realiseerden zich dat één gebeurtenis al deze mysteries kon verklaren: WDJ0551 + 4135 ontstond toen twee witte dwergen in botsing kwamen, waardoor de resulterende witte dwerg werd verwarmd en het koelproces werd hervat.
"Hoewel er veel bewijs is dat dergelijke fusies plaatsvinden, inclusief voorbeelden in verre sterrenstelsels, is het vrij moeilijk om een witte dwerg uit te kiezen en te zeggen dat deze hier afkomstig is van een fusie," zei Hollands. 'Dit is slechts een van de weinige gevallen waarin dat mogelijk is geweest en de enige die door zijn samenstelling is geïdentificeerd.'
De wetenschappers zeiden dat de fusie ongeveer 1,3 miljard jaar geleden plaatsvond. Maar die gebeurtenis heeft de afkoelingsleeftijd van WDJ0551 + 4135 gereset, waardoor het moeilijk was om de leeftijd te bepalen van de twee oorspronkelijke witte dwergen, die vele miljarden jaren oud zouden kunnen zijn.
Er zijn weinig witte dwergen zo massief als WDJ0551 + 4135, maar er zijn meer zulke massieve witte dwergen dan de huidige modellen van witte dwergvorming zouden kunnen voorspellen, zei Hollands, wat suggereert dat sommige hiervan mogelijk zijn ontstaan door fusies. De onderzoekers zeiden dat ze vooral enthousiast zijn over het inzicht dat deze witte dwerg en anderen zoals deze zouden kunnen bieden op de grenslijn tussen massieve witte dwerg en supernova.
De astronomen zouden ook meer kunnen leren over de ingewanden van WDJ0551 + 4135 door de subtiele pulsaties in helderheid te onderzoeken die worden veroorzaakt door golven die door het binnenste van de ster reizen, zei Hollands. Als wetenschappers meerdere golven met verschillende frequenties kunnen detecteren die door deze witte dwerg reizen, kunnen ze meer te weten komen over de inwendige structuur van de ster. 'Dat kan onafhankelijke inzichten opleveren over de vraag of deze ster is ontstaan uit een fusie', zei Hollands.
De wetenschappers hebben gedetailleerd hun bevindingen online maandag (2 maart) in het tijdschrift Nature Astronomy.
- Ken je nova's: sterexplosies uitgelegd (infographic)
- Galerij: Stervende sterren consumeren rotsachtige buitenaardse planeten
- Zwarte dwergsterren: het (theoretische) einde van de evolutie van sterren
