gov-civil-vilareal.ptKlein maar machtig: astronomen vinden de kleinste maar meest massieve witte dwerg ooit gezien
>Astronomen hebben een kleine maar machtige dode ster gevonden, een witte dwerg die zowel de kleinste als de meest massieve is die ooit is gezien . Het draait ook snel, pakt een magnetisch veld op en kan uiteindelijk instorten tot een nog kleinere en dichtere neutronenster.
welke kristallen zijn goed voor steenbokken?
Serieus, dit rare kleine ding heeft het allemaal.
Een witte dwerg is wat er overblijft nadat een ster als de zon sterft . Op dit moment smelt de zon gelukkig waterstof in helium in zijn kern, waardoor hij de energie krijgt die we ontvangen en de druk die hij nodig heeft om de ongeveer octiljoen ton materiaal in zijn buitenste lagen te ondersteunen die op de kern drukt.
Wanneer die waterstofbrandstof opraakt, vindt een gecompliceerde reeks gebeurtenissen plaats. Enkele stappen onderweg zijn dat de nu volledig heliumkern begint te smelten om koolstof en zuurstof te worden, terwijl de buitenste lagen opzwellen en beginnen weg te blazen in een dichte wind van deeltjes. Uiteindelijk wordt de kern blootgesteld aan de ruimte. Heet en superdicht, we noemen dit object a witte dwerg . Eenmaal gevormd, zit het over het algemeen gewoon in de ruimte en koelt het langzaam af met de tijd.
Hubble-afbeelding van een van de dubbelsterren die het dichtst bij de zon staan: Sirius A (midden) en zijn witte dwergmetgezel B (linksonder); A is ongeveer 10.000 keer helderder. Credit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) en M. Barstow (Universiteit van Leicester)
Een typische witte dwerg is ongeveer de helft van de massa van de zon, maar die materie wordt allemaal door zijn eigen zwaartekracht samengeperst tot een strakke bal die slechts ongeveer zo groot is als de aarde. Het is dicht. Zo compact dat de kwantummechanica zijn bizarre kop opheft: het wordt opgehouden door wat wordt genoemd elektron degeneratie druk , een vreemde toestand van materie waarin elektronen elkaar met enorme ijver afstoten, veel sterker dan de gebruikelijke 'gelijke ladingen'. Deze druk houdt de witte dwerg tegen zijn eigen belachelijk sterke zwaartekracht.
Maar het betekent ook dat als je massa toevoegt aan een witte dwerg, het wordt kleiner . Gewoonlijk wordt het groter als je ergens massa aan toevoegt (denk aan twee kleiballen die je tegen elkaar smijt). Maar bij degeneratiedruk gebeurt het tegenovergestelde.
En dat brengt ons bij de witte dwerg ZTF J190132.9+145808.7.
Een team van astronomen vond het in een hemelonderzoek met behulp van de Zwicky Transient Facility (vandaar de ZTF in zijn naam), die zoekt naar objecten die bewegen of van helderheid veranderen. De ster was ongebruikelijk: hij had een vreemde kleur voor een witte dwerg, in het bijzonder een die verband hield met witte dwergen met een ongewoon hoge massa.
Ze volgden de waarnemingen ZTF J190132.9+145808.7 (laten we het kortweg J1901 noemen) op de 5-meter telescoop van het Palomar Observatorium en ontdekten dat de witte dwerg variabel was en snel van helderheid veranderde. En ik bedoel snel: het werd helderder en zwakker op een tijdschaal van 6,94 minuten. Ja, minuten. Dit geeft de rotatiesnelheid aan, die op zich al verbazingwekkend is: een object met een diameter van duizenden kilometers dat in minder dan 7 minuten ronddraait!
Gaia-waarnemingen gaven een afstand van 134 lichtjaar van de aarde aan, wat vrij dichtbij is, en ook dat het gloeiend heet is bij ongeveer 46.000 ° C - acht keer heter dan de zon. Met al deze metingen in de hand, zouden de astronomen de grootte van J1901 kunnen vinden, en dit is waar het echt vreemd wordt: het is klein, iets minder dan 4.300 kilometer breed, de kleinste witte dwerg ooit gezien.
Kunstwerk met de witte dwerg ZTF J190132.9+145808.7, de kleinste ooit gevonden, vergeleken met de maan op schaal. Krediet: Giuseppe Parisi
Dat is een derde van de grootte van de aarde, maar een beetje groter dan de maan! Klein, zelfs voor een witte dwerg. Speciaal voor een. Onthoud dat meer massa een kleinere ster betekent, dus deze moet massief zijn. In feite berekenen ze dat het ongeveer 1,35 keer de massa van de zon is.
En dat is waar dit geweldig wordt. Dat maakt het de meest massieve witte dwerg die we kennen, en in feite bijna de meest massieve witte dwerg kan ooit zijn .
Als een witte dwerg ongeveer 1,44 keer de massa van de zon bereikt, kan zelfs de druk van de elektronendegeneratie hem niet tegenhouden. Het bezwijkt onder zijn eigen zwaartekracht. Op dat punt het wordt ofwel een nog dichtere en enger neutronenster , of het explodeert: ontploft, scheurt zichzelf uit elkaar en creëert een supernova .
J1901 komt het dichtst bij die limiet ooit.
Het team denkt dat J1901 begon als: twee sterren zoals de zon in een binaire baan om elkaar heen. Uiteindelijk werden ze allebei rode reuzen, stierven en lieten witte dwerglichamen achter, elk met misschien 2/3e van de massa van de zon. In de loop van miljarden jaren zijn ze samengesmolten en samengevoegd (waarschijnlijk minder dan 100 miljoen jaar geleden, gezien de hoge temperatuur), en vormden ze deze ultra-massieve maar minder dan exploderende witte dwerg.
Dat verklaart ook enkele andere eigenschappen ervan. De snelle spin is logisch omdat twee objecten die dichterbij komen veel impulsmoment hebben, wat betekent dat het uiteindelijke samengevoegde object snel moet draaien - de meeste witte dwergen hebben een draaiperiode van vele uren, dus deze is vrij snel.
Ook maten ze een fel magnetisch veld voor J1901, ongeveer een miljard keer de magnetische veldsterkte van de aarde. Theoretische modellen laten zien dat het samensmelten van twee witte dwergen enorm magnetisme kan genereren, dus dat past ook.
Ze merken in hun paper op dat naarmate de ster ouder wordt, een reeks kernreacties in de kern kan resulteren in isotopen van natrium en magnesium die elektronen absorberen. Het punt is dat die elektronen nodig zijn om de ster te ondersteunen. Als de elektronen worden geabsorbeerd, zal de ster nog meer krimpen. Als het te veel krimpt, kan het genoeg druk opbouwen om in te storten en hoe dan ook een neutronenster te worden.
Het kan ook exploderen, afhankelijk van specifieke eigenschappen die moeilijk vast te pinnen zijn. Op de huidige afstand zou dat slecht zijn - supernova's zijn zeer energiek - maar het goede nieuws is dat zelfs als dit gebeurt (en het is waarschijnlijk onwaarschijnlijk), het miljarden jaren niet zal gebeuren, en in de tussentijd zal de beweging van J1901 rond de melkweg draag het ver van ons.
Deze ontdekking is om vele redenen belangrijk. 95% van alle sterren worden uiteindelijk witte dwergen, en de helft daarvan bevindt zich in binaire systemen, dus we zouden veel witte dwergen moeten verwachten die lijken op J1901. De nabijheid ervan wijst daar ook op; als ze zeldzaam waren, zou je verwachten dat de dichtstbijzijnde zich op tienduizenden lichtjaren afstand in de melkweg bevindt, niet naast de deur op 134 lichtjaar afstand. Het is dus een goed voorbeeld van wat een algemeen object moet zijn, maar waarvan er maar heel weinig nauwkeurig zijn bestudeerd. Er zijn nog een paar andere kleine en massieve witte dwergen bekend, maar J910 is de recordhouder voor zijn grootte.
Ook kunnen binaire witte dwergen supernova's genereren, en die vertellen ons op hun beurt veel over het gedrag van het heelal als geheel, dus dat is cool.
Er zijn ongeveer 400.000 witte dwergen in onze melkweg gecatalogiseerd, maar die zouden er moeten zijn miljarden meer. Rare zijn onvermijdelijk in een steekproefomvang die zo groot is. Welke andere verrassende moeten nog worden ontdekt? En wat zullen we leren over deze vreemde kosmos waarin we leven als ze worden gevonden?
