Nieuw gevonden witte dwerg heeft twee gezichten
ZTF J203349.8+322901.1, bijgenaamd Janus naar de Romeinse god met twee gezichten, is een overgangs witte dwerg met twee gezichten: de ene kant van zijn atmosfeer wordt gedomineerd door waterstof en de andere door helium.
ZTF J203349.8+322901.1 (afgekort ZTF J1901+1458) werd in 2019 met de Zwicky Transient Facility (ZTF) gevonden tijdens een zoektocht naar periodiek variabele witte dwergen. De ZTF is een instrument dat vanaf de Palomar sterrenwacht in de Verenigde Staten elke nacht de lucht scant.
Deze witte dwerg bevindt zich op een afstand van ongeveer 130 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Arend – Aquila. De ster is ongeveer 100 miljoen jaar oud, heeft een massa van 1,35 zonsmassa en een straal van 2149 kilometer.
ZTF J1901+1458 viel op door zijn snelle veranderingen in helderheid en werd daarom verder onderzocht met het CHIMERA-instrument in Palomar en de HiPERCAM op de Gran Telescopio Canarias op de Canarische Eilanden.
Die gegevens bevestigden dat ZTF J1901+1458 iedere 15 minuten eenmaal om zijn as draait. Latere waarnemingen gedaan met de Keck-telescoop onthulde de dramatische dubbele aard van de witte dwerg.
De astronomen gebruikten een spectrometer om het licht van de witte dwerg te verspreiden in een regenboog van golflengten die chemische vingerafdrukken bevatten. De gegevens onthulden de aanwezigheid van waterstof wanneer de ene kant van het object in zicht was (zonder tekenen van helium) en alleen helium wanneer de andere kant in zicht was.
Wat zou ervoor zorgen dat een witte dwerg die alleen in de ruimte zweeft zulke drastisch verschillende gezichten heeft? De onderzoekers waren zeer verbaasd maar ze hebben wel enkele mogelijke theorieën bedacht.
Een idee is dat we mogelijk getuige zijn van ZTF J1901+1458 die een zeldzame fase van witte dwergevolutie doormaakt.
Niet alle, maar sommige witte dwergen veranderen van waterstof- naar helium-gedomineerd op hun oppervlak. Misschien heeft men nu zo’n witte dwerg op heterdaad betrapt.
Nadat witte dwergen zijn ontstaan, zinken hun zwaardere elementen naar hun kernen en hun lichtere elementen – waterstof is de lichtste van allemaal – drijven naar boven. Maar na verloop van tijd als de witte dwergen afkoelen, wordt aangenomen dat de materialen zich vermengen.
In sommige gevallen wordt het waterstof in het binnenste gemengd en zodanig verdund dat helium vaker voorkomt.
ZTF J1901+1458 kan zich in deze overgangsfase bevinden, maar een prangende vraag is: waarom vindt de overgang op zo’n onsamenhangende manier plaats, waarbij de ene kant eerder evolueert dan de andere kant?
Het antwoord ligt volgens het team mogelijk in magnetische velden. Magnetische velden rond kosmische objecten zijn meestal asymmetrisch of sterker aan één kant.
Magnetische velden kunnen het mengen van materialen voorkomen. Dus als het magnetische veld aan één kant sterker is, dan heeft die kant minder menging en dus meer waterstof.
Een andere theorie die door het team is voorgesteld om de twee gezichten te verklaren, hangt ook af van magnetische velden. Maar in dit scenario wordt aangenomen dat de velden de druk en dichtheid van de atmosferische gassen veranderen.
De magnetische velden kunnen leiden tot een lagere gasdruk in de atmosfeer waardoor een waterstofoceaan kan ontstaan waar de magnetische velden het sterkst zijn.
Het is onbekend welke van deze theorieën correct zijn, maar volgens de onderzoekers kunnen ze geen andere manier bedenken om de asymmetrische zijden zonder magnetische velden te verklaren.
Het onderzoek is in het tijdschrift Nature gepubliceerd.
Artikel: I. Caiazzo et al. A rotating white dwarf shows different compositions on its opposite faces. Nature, published online July 19, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06171-9
Eerste publicatie: 20 juli 2023
Bron: sci-news
