In een proces dat niet veel verschilt van menselijke veroudering, hebben de meeste sterren die het laatste hoofdstuk van hun leven ingaan de neiging te krimpen, te verschrompelen en langzaam wit te worden. Astronomen noemen deze koude, dichte kaf van eens machtige sterren witte dwergen en, in tegenstelling tot mensen, kan hun zwelling miljarden jaren duren.
In die tijd verbranden sterren met een massa tussen ongeveer een tiende en acht keer de massa van onze zon het laatste deel van hun kernenergie, werpen hun vurige buitenlagen af en vervallen in ultracompacte kernen die de massa van een zon verpakken in een planeet -formaat pakket. Hoewel dit klinkt als een niet-glamoureus einde voor een ster, stelt een nieuwe studie die vandaag (9 januari) is gepubliceerd in het tijdschrift Nature dat witte dwerggroei slechts het begin kan zijn van een mooie nieuwe metamorfose.
In een studie van meer dan 15.000 bekende witte dwergen rond de Melkweg, concludeerde een team van astronomen van de University of Warwick in het Verenigd Koninkrijk dat stervende sterren niet zomaar verdwijnen - ze veranderen eerst in lichtgevende kristallen bollen.
'Alle witte dwergen zullen op een bepaald moment in hun evolutie kristalliseren', zei hoofdonderzoeksauteur Pier-Emmanuel Tremblay, een astrofysicus aan de Universiteit van Warwick, in een verklaring. 'Dit betekent dat miljarden witte dwergen in ons sterrenstelsel het proces al hebben voltooid en in wezen kristallen bollen aan de hemel zijn.'
Als dat klopt, dan is de zon van de aarde zelf - evenals naar schatting 97 procent van de sterren in de Melkweg - ook voorbestemd om hun dagen te beëindigen als kristallen bollen die door de kosmos glinsteren.
Gaia in de lucht met kristallen
Voor hun nieuwe studie gebruikten Tremblay en zijn collega's waarnemingen van de Gaia-satelliet van de European Space Agency om de helderheid en kleuren van ongeveer 15.000 bekende witte dwergen binnen 300 lichtjaar van de aarde te analyseren. Ze zagen dat een teveel aan sterren dezelfde helderheid en kleuren leek te delen, ongeacht de grootte en leeftijd van de sterren.
Het uniforme uiterlijk van deze sterren suggereerde dat de dwergen een soort vaste fase in hun ontwikkeling hadden bereikt, en een die miljarden jaren zou kunnen beslaan. Met behulp van modellen van sterevolutie bepaalden de onderzoekers dat deze dwergen allemaal een fase hadden bereikt waarin latente warmte in grote hoeveelheden uit hun kernen werd vrijgegeven, wat hun koeling aanzienlijk vertraagde. En wanneer een witte dwerg voldoende afkoelt, schreven de auteurs, begint de gesmolten vloeistof in de kern te stollen - met andere woorden, de ster begint in kristal te veranderen.
Volgens Tremblay levert deze studie 'het eerste directe bewijs dat witte dwergen kristalliseren', en ondersteunt uiteindelijk een hypothese die 50 jaar geleden voor het eerst door wetenschappers werd opgeworpen. Als deze bevindingen inderdaad juist zijn, zouden ze wetenschappers een reden kunnen geven om de manier waarop ze met hemellichamen dateren te heroverwegen. Omdat het vele miljarden jaren kan duren voordat een ster de status van witte dwerg bereikt, gebruiken astronomen deze stellaire oudere staatslieden vaak om datumbereiken voor sterrenstelsels en andere hemellichamen in een bepaalde dwergenwijk te bedenken.
Volgens de nieuwe studie zou de warmte die vrijkomt tijdens de kristallisatiefase van een witte dwerg de afkoeling van de ster met wel 2 miljard jaar kunnen vertragen. Als dat het geval is, zijn bekende witte dwergen misschien wel miljarden jaren ouder dan gedacht. Dit compliceert een toch al mysterieuze chronologie; wetenschappers weten niet precies hoelang een stervende ster een witte dwerg kan blijven voordat hij ophoudt met het uitzenden van licht en warmte, en wordt zo wat sommige onderzoekers een 'zwarte dwerg' noemen. Dit theoretische eindpunt van de stellaire evolutie is nooit waargenomen, omdat wetenschappers denken dat het enkele miljarden jaren kan duren om deze toestand te bereiken. Met een huwbare 13,8 miljard jaar oud is ons universum veel te jong om zulke oudere zonnen te huisvesten.
Verder onderzoek is nodig voor wetenschappers om het leven en de dood van de sterren beter te begrijpen en hun kosmische dateringsmethoden aan te scherpen. Gelukkig is er dankzij de uitgebreide waarnemingen van de Gaia-satelliet een ongekend aantal bekende witte dwergen die jeuken om de verhalen over hun lange, lange leven te delen.
'Vóór Gaia hadden we 100 tot 200 witte dwergen met precieze afstanden en lichtsterktes', zei Tremblay. 'Nu hebben we er 200.000.'
