Astronomen hebben een witte dwerg gevonden die ooit twee witte dwergen was. Het paar sterren is ongeveer 1,3 miljard jaar geleden samengevoegd tot één. De resulterende ster, genaamd WDJ0551 + 4135, is ongeveer 150 lichtjaar verwijderd.
Een witte dwerg is de eindstand van sterren zoals onze zon. Zodra ze hun splijtstof hebben verbruikt, stoten ze hun buitenste materiaal af. Wat overblijft is een onbeschrijfelijk dichte verzameling materie, zonder dat er fusie plaatsvindt. De helderheid komt van de opgeslagen thermische energie.
'Deze ster viel op als iets dat we nog nooit eerder hadden gezien.'
Hoofdauteur Mark Hollands, University of Warwick.
Deze witte dwerg is anders dan andere. Normaal gesproken bevat de atmosfeer van een witte dwerg niet veel koolstof. Maar WDJ0551 + 4135 heeft een atmosfeer met verhoogde koolstofniveaus. Het is ook veel groter dan een typische witte dwerg.
Beide kenmerken vielen op bij de astronomen achter een nieuwe studie die de ontdekking aankondigde. De hoofdonderzoeker van de studie is Dr. Mark Hollands, van het Department of Physics van de University of Warwick. De studie is getiteld "Een ultra-massieve witte dwerg met een gemengde waterstof-koolstofatmosfeer als een waarschijnlijk fusierest." Het is gepubliceerd in de 2 maart editie van Nature Astronomy.
Voordat een ster een witte dwerg wordt, gaat hij door een rode gigantische fase. Als de rode reus niet genoeg massa heeft om koolstof te laten samensmelten, verzamelen koolstof en zuurstof zich in een massa in het midden van de ster. Terwijl de ster zijn buitenste lagen afwerpt, laat hij uiteindelijk slechts een overblijfsel achter, de witte dwerg. De meeste dwergen bestaan voornamelijk uit die koolstof en zuurstof, hoewel er andere soorten zijn.
Maar normaal gesproken is die koolstof niet zichtbaar. Een dikke laag helium blokkeert deze meestal. In hun studie gebruikte het team de William Herschel-telescoop om de witte dwerg spectroscopisch te onderzoeken. Daaruit bleek dat de atmosfeer een ongewoon hoog koolstofgehalte had, iets wat niet mogelijk zou moeten zijn.
'Deze ster viel op als iets dat we nog nooit eerder hadden gezien. Je zou verwachten een buitenste laag waterstof te zien, soms vermengd met helium, of gewoon een mix van helium en koolstof, 'zei hoofdauteur Hollands in een persbericht. "Je verwacht niet dat je deze combinatie van waterstof en koolstof zult zien op hetzelfde moment dat er een dikke laag helium tussen zit die dat verbiedt. Toen we ernaar keken, klopte het niet. "
In stellaire termen zijn de meeste witte dwergen niet zo massief. Ze zijn doorgaans ongeveer 0,6 keer zo groot als onze zon. Maar WDJ0551 + 4135 is anders. De massa is bijna het dubbele van die van een typische witte dwerg, bij 1,14 zonsmassa's. Het is nog steeds extreem compact voor een object met zoveel massa, net als andere witte dwergen. Het is slechts ongeveer tweederde van de diameter van de aarde.
De snelheid door de ruimte komt ook niet overeen met andere witte dwergen. Astronomen gebruiken de term 'lokale ruststandaard' om de gemiddelde beweging van materie in de Melkweg te beschrijven. Het is tussen de 202 en 241 km / s. Maar WDJ0551 + 4135 reist op 129 ± 5? Km?1 ten opzichte van de plaatselijke ruststand, veel sneller dan andere zaken.
Omdat oudere sterren sneller reizen dan jonge, omdat ze allebei in de Melkweg cirkelen, moet deze witte dwerg ouder worden. In feite betekent zijn hoge snelheid dat hij sneller is dan 99% van andere witte dwergen in de melkweg. In hun studie zeggen de auteurs: “We ontdekten dat deze snelheid op het 99e percentiel van de driedimensionale (3D) snelheidsverdeling van nabijgelegen witte dwergen ligt met vergelijkbare absolute grootheden. Omdat de spreiding van de stelsnelheid toeneemt met de leeftijd van het systeem, kan de snelle kinematica van WD J0551 + 4135 een systeemleeftijd betekenen die veel ouder is dan simpelweg wordt geïmpliceerd door de witte dwergkoeling. ”
Alle drie de kenmerken onderscheiden het van andere witte dwergen: zijn snelheid / leeftijd, zijn massa en zijn zichtbare koolstof.
'De enige manier om het uit te leggen is of het is ontstaan door een fusie van twee witte dwergen.'
LEIDER AUTEUR MERK HOLLANDS, UNIVERSITEIT VAN WARWICK.
"We hebben een compositie die we niet kunnen verklaren door middel van normale stellaire evolutie, een massa die tweemaal zo groot is als een witte dwerg, en een kinematisch ouder tijdperk dan dat dat is afgeleid van koeling", zei Hollands. "We zijn er vrij zeker van hoe één ster één witte dwerg vormt en dat zou dit niet moeten doen. Je kunt het alleen uitleggen als het is ontstaan door een fusie van twee witte dwergen. '
De samengevoegde dwerg is waarschijnlijk het resultaat van miljarden jaren van stellaire evolutie in een dubbelstersysteem. Een van de sterren bereikt zijn rode reuzenfase voordat zijn partner zich uitbreidt en de partner omhult. Terwijl de eerste ster vervolgens krimpt, komt de baan tussen de twee dichterbij. Dan gaat de tweede ster door zijn rode reuzenfase, expandeert en omhult de andere.
Het duurt miljarden jaren, maar uiteindelijk maakt de zwaartekrachtsgolfemissie de baan nog meer krimpen. Het einde is in zicht, of misschien het huwelijk, en als de baan voldoende krimpt, versmelten de sterren tot één.
"Er zijn niet zoveel witte dwergen zo massief, hoewel er meer zijn dan je zou verwachten, wat impliceert dat sommige waarschijnlijk zijn ontstaan door fusies."
LEIDER AUTEUR MERK HOLLANDS, UNIVERSITEIT VAN WARWICK.
Astronomen hebben het bestaan van samengevoegde witte dwergen voorspeld, maar deze overtreft nog steeds de verwachtingen. Ze voorspellen dat fusies moeten plaatsvinden tussen twee witte dwergen van verschillende grootte. Maar WDJ0551 + 4135 lijkt een fusie te zijn tussen dwergen van vergelijkbare grootte.
Er is een maximale massalimiet voor witte dwergen, zelfs voor een paar dat is samengevoegd. Als het resulterende stellaire object voldoende massief is, zal het exploderen als een thermische weggelopen supernova. Astrofysici denken dat de limiet ongeveer 1,4 zonsmassa is, maar ze weten het niet zeker. Het is mogelijk dat objecten als supernova's kunnen exploderen bij minder dan 1,4 zonsmassa. Met 1,14 zonsmassa's helpt deze witte dwerg astrofysici om de bovengrens van de massa te begrijpen.
Wetenschappers kunnen de leeftijd van een witte dwerg begrijpen door naar de temperatuur te kijken. Witte dwergen genereren geen warmte omdat er geen fusie meer is. Ze lijken meer op sintels dan op sterren en door de koeling van de ster te volgen, kunnen ze de leeftijd bepalen. Maar wanneer twee witte dwergen samensmelten, begint het koelproces opnieuw.
Er is geen precieze manier om de leeftijd van deze te bepalen, en de twee witte dwergen waren mogelijk miljarden jaren witte dwergen voordat ze fuseerden. Toch denken de onderzoekers dat de fusie zelf zo'n 1,3 miljard jaar geleden heeft plaatsgevonden.
Wetenschappers hebben nog nooit eerder een paar samengevoegde witte dwergen gevonden. Maar dit is de eerste keer dat iemand wordt geïdentificeerd door zijn samenstelling.
"Er zijn niet zo veel witte dwergen zo enorm, hoewel er meer zijn dan je zou verwachten, wat impliceert dat sommige ervan waarschijnlijk door fusies zijn gevormd", zei Hollands.
"In de toekomst kunnen we misschien een techniek gebruiken die asteroseismologie wordt genoemd om meer te weten te komen over de kernsamenstelling van de witte dwerg door zijn stellaire pulsaties, wat een onafhankelijke methode zou zijn om te bevestigen dat deze ster is ontstaan uit een fusie."
"Misschien is het meest opwindende aspect van deze ster dat hij bijna niet is ontploft als een supernova - deze gigantische explosies zijn erg belangrijk bij het in kaart brengen van de structuur van het heelal, omdat ze kunnen worden gedetecteerd op zeer grote afstanden," zei Hollands. “Er blijft echter veel onzekerheid over wat voor soort stelsystemen het supernova-stadium halen. Hoe vreemd het ook klinkt, het meten van de eigenschappen van deze 'mislukte' supernova en toekomstige look-alikes, vertelt ons veel over de paden naar thermonucleaire zelfvernietiging. "
Meer:
- Persbericht: Twee sterren zijn samengevoegd tot een massieve witte dwerg
- Studie: een ultra-massieve witte dwerg met een gemengde waterstof-koolstofatmosfeer als een waarschijnlijk fusierestant
- Space Magazine: Bizarre Star kan het resultaat zijn van twee samengevoegde witte dwergen
