Hubble vindt waterstofbrandende witte dwergen die langzaam verouderen

Witte dwergen in M1`3 en M3
Om de fysica te onderzoeken die ten grondslag ligt aan de evolutie van witte dwergen vergeleken astronomen afkoelende witte dwergen in twee enorme verzamelingen sterren: de bolvormige sterrenhopen M3 en M13. Deze twee bolhopen hebben veel fysieke eigenschappen gemeen, zoals leeftijd en metalliciteit. Maar de populaties van steren die uiteindelijk tot witte dwergen zullen leiden zijn verschillend. Dit maakt M3 en M13 samen een perfect natuurlijk laboratorium om te testen hoe verschillende populaties witte dwergen afkoelen. Credit: ESA/Hubble/NASA, G. Piotto et al.

Het heersende beeld van witte dwergen als inerte, langzaam afkoelende sterren is door waarnemingen van de Hubble Space Telescope op de proef gesteld. Een internationale groep astronomen heeft namelijk het eerste bewijs gevonden dat witte dwergen hun verouderingssnelheid kunnen vertragen door waterstof op hun oppervlak te verbranden.

Witte dwergen zijn de langzaam afkoelende sterren die in de laatste fase van hun leven hun buitenste lagen hebben afgestoten. Het zijn gewone objecten in ons heelal; ongeveer 98% van alle sterren zal als een witte dwerg eindigen; inclusief ook onze eigen Zon. Door deze afkoelingsstadia te bestuderen kunnen astronomen niet alleen witte dwergen beter begrijpen maar ook hun eerdere stadia.

Om de fysica te onderzoeken die ten grondslag ligt aan de evolutie van witte dwergen vergeleken astronomen afkoelende witte dwergen in twee enorme verzamelingen sterren: de bolvormige sterrenhopen M3 en M13. De twee bolhopen hebben veel fysieke eigenschappen gemeen zoals leeftijd en metalliciteit. Maar de populaties van sterren die uiteindelijk tot witte dwergen zullen leiden zijn verschillend. Met name de algemene kleur van sterren in een evolutionair stadium dat bekend staat als de Horizontale Tak in het Herzsprung-Russell diagram is in M13 blauwer. Dit wijst op een populatie hetere sterren. Dit maakt M3 en M13 een geschikt laboratorium om te testen hoe verschillende populaties witte dwergen afkoelen.

Met behulp van de Hubble Wide Field Camera 3 observeerde het team de bolhopen M3 en M13 op nabij-ultraviolette golflengtes. Op die manier konden ze meer dan 700 witte dwergen in de twee clusters konden vergelijken. Ze ontdekten dat M3 standaard witte dwergen bevat die eenvoudig hun stellaire kernen koelen. M13 daarentegen bevat twee populaties witte dwergen: standaard witte dwergen en degenen die erin geslaagd zijn een buitenste omhulsel van waterstof vast te houden waardoor ze langer kunnen branden en dus langzamer afkoelen.

Door hun resultaten te vergelijken met computersimulaties van sterevolutie in M13 konden de onderzoekers aantonen dat ongeveer 70% van de witte dwergen in M13 waterstof op hun oppervlak verbranden waardoor ze dus langzamer afkoelen.

Deze ontdekking kan gevolgen hebben voor de manier waarop astronomen de leeftijd van sterren in ons sterrenstelsel meten. De evolutie van witte dwergen is eerder gemodelleerd als een voorspelbaar afkoelproces. Deze relatief eenvoudige relatie tussen leeftijd en temperatuur heeft astronomen ertoe gebracht de afkoelingssnelheid van witte dwergen te gebruiken als een natuurlijke klok om de leeftijd van sterrenhopen te bepalen en dan met name bolvormige en open sterrenhopen. Witte dwergen die waterstof verbranden kunnen er echter toe leiden dat deze leeftijdsschattingen wel 1 miljard jaar onnauwkeurig zijn.

Volgens de onderzoekers daagt hun ontdekking de definitie van witte dwergen uit en moeten astronomen wellicht een nieuwe manier overwegen hoe sterren oud worden. De astronomen bestuderen nu andere sterrenhopen die vergelijkbaar zijn met M13 om de omstandigheden die sterren ertoe aanzetten om de dunne waterstofomhulling te behouden waardoor ze langzamer kunnen verouderen, verder te bepalen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Astronomy

Artikel: Slowly cooling white dwarfs in M13 from stable hydrogen burning, Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-021-01445-6

Eerste publicatie: 6 september 2021
Bron: NASA/ESA/Hubble