Cesium gedetecteerd in de atmosfeer van een hete witte dwerg

Door het analyseren van gegevens van de Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) telescoop heeft een internationaal team van astronomen cesium gevonden in de atmosfeer van de hete witte dwerg HD 149499B. De bevindingen zijn gerapporteerd op 3 november 2022 in een voorpublicatie. Het is voor het eerst dat dit element is aangetroffen in de atmosfeer van een hete witte dwerg.

Cesium in de atmosfeer van de witte dwerg HD 149449B
Best-fitting (rode krommen) bij de Cs IV – Cs VI-lijnen waargenomen in het FUSE-spectrum van HD 149499B (zwarte krommen). Credit: Chayer en anderen, 2022.

Witte dwergen zijn de stellaire kernen die overblijven als een ster door zijn nucleaire brandstof heen is. Als gevolg van hun grote zwaartekracht hebben dergelijke sterren een atmosfeer die bestaat uit pure waterstof of pure helium. Een klein deel van de witte dwergen heeft echter ook sporen van zwaardere elementen in zijn atmosfeer.

Momenteel zijn er slechts 18 elementen zwaarder dan ijzer (dat wil zeggen met een atoomnummer groter dan 28) in de atmosferen van witte dwergen gevonden. In het algemeen waren deze zogenoemde trans-ijzer elementen oververtegenwoordigd in de witte dwergen.

Een groep astronomen, onder leiding van Pierre Chayer van het Space Telescope Science Institute in Baltimore in de Verenigde Staten, rapporteert nu dat ze cesium (Cs) met atoomnummer 55 in de atmosfeer van HD 149499B hebben gevonden. Dit is een heldere, helium-rijke witte dwerg met een effectieve temperatuur van 49.500 Kelvin. De detectie is het resultaat van waarnemingen van deze ster die tussen 2000 en 2006 zijn gedaan met de FUSE-satelliet.

De onderzoekers schreven in hun rapport: “We rapporteren de eerste detectie van cesium (Z=55) in de atmosfeer van een witte dwerg. Ongeveer 12 absorptielijnen van Cs IV, Cs V en CS VI zijn geïdentificeerd in het door FUSE opgenomen spectrum van de He-rijke witte dwerg HD 149499B”.

Al met al werden er dertien cesiumlijnen gedetecteerd in het FUSE-spectrum met equivalente breedten in het bereik van 2,3 – 26,9 µm. de astronomen voegden er aan toe dat al deze overgangen voortkomen uit lage energieniveaus variërend van tienduizend tot enkele tienduizenden cm-1.

Volgens de auteurs van het onderzoek is de detectie van cesium in de atmosfeer van HD 1499499B geen verrassing aangezien de lijst van trans-ijzerelementen die in de atmosferen van witte dwergen zijn gedetecteerd aanzienlijk is gegroeid sinds de detectie van germanium (Ge) in 2005.

De overvloed aan cesium in de atmosfeer van HD 149449B werd berekend als -5,45 (verhouding cesium tot helium) wat -3,95 is in termen van massafracties. Dit resultaat maakt cesium tot het meest voorkomende trans-ijzerelement dat wordt waargenomen in HD 149449B.

Samenvattend proberen de onderzoekers de meest plausibele hypothese te vinden die de aanwezigheid van cesium in de atmosfeer van deze witte dwerg verklaart.

“Stralingslevitatie is de meest plausibele natuurverschijnsel om zijn aanwezigheid te verklaren… Hoewel stralingslevitatie de interpretatie van de bron van trans-ijzerelementen bemoeilijkt maakt het de opbouw van grote hoeveelheden mogelijk en daardoor de detectie van die elementen die anders niet zouden worden gedetecteerd,” concludeerden de auteurs van het artikel.

Artikel: DetP. Chayer et al, Detection of cesium in the atmosphere of the hot He-rich white dwarf HD 149499B, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2211.01868

Eerste publicatie: 14 november 2022
Bron: phys.org