Hubble vindt restanten van fusie van witte dwergen op 130 lichtjaar afstand
Witte dwergen zijn de compacte kernen die overblijven wanneer sterren hun brandstof hebben verbruikt en instorten. Het zijn sterren met een omvang vergelijkbaar met die van de Aarde, die doorgaans half zo zwaar zijn als de Zon. Ze bestaan uit koolstof-zuurstofkernen met oppervlaktelagen van helium en waterstof. Met behulp van gegevens in het verre ultraviolet van de Hubble Space Telescope hebben astronomen koolstof in de atmosfeer gevonden van de al lang bekende ultra-massieve witte dwerg WD 0525+526. Ook hebben ze vastgesteld dat de totale massa van waterstof en helium in de atmosfeer van de ster aanzienlijk lager is dan verwacht op basis van de evolutie van een enkele ster, wat erop wijst dat WD 0525+526 een overblijfsel is van een fusie.
WD 0525+526 bevindt zich op een afstand van ongeveer 130 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Auriga – Voerman. Met een massa van 1,2 zonsmassa wordt deze witte dwerg als ultramassief beschouwd en hoe de ster is ontstaan is nog niet helemaal duidelijk.
Een dergelijke witte dwerg zou kunnen ontstaan door het instorten van een massieve ster. Uit ultraviolette gegevens van de Hubble Space Telescope bleek echter dat WD 0525+526 kleine hoeveelheden koolstof uit zijn kern naar zijn waterstofrijke atmosfeer laat stijgen, wat erop wijst dat deze witte dwerg niet afkomstig is van één enkele massieve ster.
“In optisch licht ziet WD 0525+526 eruit als een zware, maar verder gewone witte dwerg”, aldus Snehalata Sahu, astronoom aan de universiteit van Warwick.
Door middel van ultraviolette waarnemingen met de Hubble Space Telescope konden de onderzoekers echter zwakke koolstofsporen detecteren die niet zichtbaar waren voor optische telescopen. Het vinden van kleine hoeveelheden koolstof in de atmosfeer is een duidelijk teken dat deze massieve witte dwerg waarschijnlijk een overblijfsel is van een fusie van twee sterren.
Het vertelt astronomen ook dat er mogelijk nog veel meer fusie-overblijfselen zijn zoals deze, die zich voordoen als gewone witte dwergen met een zuivere waterstofatmosfeer.
Alleen met behulp van ultraviolette waarnemingen zouden die gevonden kunnen worden.
Normaal gesproken vormen waterstof en helium een dikke, barrièreachtige omhulling rond de kern van een witte dwerg, waardoor elementen zoals koolstof verborgen blijven.
Bij een fusie van twee sterren kunnen de waterstof- en heliumlagen bijna volledig verbranden wanneer de sterren samensmelten.
De resulterende enkele ster heeft een zeer dunne omhulling die koolstof niet langer verhindert om het oppervlak te bereiken – dit is precies wat wordt aangetroffen op WD 0525+526.
“We hebben gemeten dat de waterstof- en heliumlagen tien miljard keer dunner zijn dan bij typische witte dwergen”, aldus Antoine Bédard, astronoom aan de universiteit van Warwick.
De astronomen denken dat deze lagen tijdens de fusie zijn weggevaagd, waardoor koolstof nu aan het oppervlak kan verschijnen. Maar dit overblijfsel is ook ongebruikelijk: het heeft ongeveer 100.000 keer minder koolstof aan het oppervlak in vergelijking met andere fusie-overblijfselen.
Het lage koolstofgehalte, in combinatie met de hoge temperatuur van de ster (bijna vier keer zo heet als de Zon), vertelt ons dat WD 0525+625 zich veel eerder in zijn evolutie na de fusie bevindt dan de eerder gevonden sterren.”
Deze ontdekking helpt astronomen om een beter begrip te krijgen op het lot van dubbelstersystemen, wat cruciaal is voor gerelateerde verschijnselen zoals supernova-explosies.
Wat het mysterie nog groter maakt, is hoe koolstof überhaupt aan het oppervlak komt in deze veel hetere ster.
De andere fusieresten bevinden zich in een later stadium van hun evolutie en zijn koel genoeg om door convectie koolstof naar het oppervlak te brengen. WD 0525-625 is veel te heet voor dat proces.
In plaats daarvan identificeerden de auteurs een subtielere vorm van vermenging, semi-convectie genaamd, die hier voor het eerst in een witte dwerg wordt waargenomen.
Door dit proces kunnen kleine hoeveelheden koolstof langzaam opstijgen naar de waterstofrijke atmosfeer van de ster.
Het is zeldzaam om duidelijk bewijs van fusies van individuele witte dwergen te vinden, aldus de onderzoekers. Maar met ultraviolette spectroscopie kunnen ze deze signalen voortijdig detecteren, wanneer koolstof nog onzichtbaar is bij optische golflengten.
Omdat de atmosfeer van de Aarde ultraviolet licht blokkeert, moeten deze waarnemingen vanuit de ruimte worden uitgevoerd en momenteel kan alleen de Hubble Space Telescope dit werk doen.
Naarmate WD 0525+625 zich verder ontwikkelt en afkoelt, zal er naar verwachting in de loop van de tijd meer koolstof aan het oppervlak verschijnen.
Voorlopig biedt de ultraviolette gloed een zeldzame blik op de vroegste fase van de nasleep van een stellaire fusie – en een nieuwe maatstaf voor hoe dubbelsterren hun leven beëindigen.”
De resultaten van het onderzoek zijn in het tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd.
Artikel: S. Sahu et al. A hot white dwarf merger remnant revealed by an ultraviolet detection of carbon. Nat Astron, published online August 6, 2025; doi: 10.1038/s41550-025-02590-y
Eerste publicatie: 7 augustus 2025
Bron: sci.news
