Witte dwergen – de restanten van een normale ster

Inleiding

Ofschoon sterren er voor ons onveranderbaar uit zien zullen de meeste sterren aan het eind van hun leven veranderen in een zogenoemde witte dwerg. Dit is het laatste voor ons waarneembare stadium in de evolutie van sterren met een lage en een gemiddelde massa.

Ontstaan

Hoofdreekssterren worden gevormd uit een wolk van gas en stof die tengevolge van de zwaartekracht samentrekt en gaat roteren. Als op een gegeven moment de zwaartekracht in het centrum van deze wolk boven een bepaalde limiet komt, komt er kernfusie op gang en is er een ster ontstaan. Hoe deze ster zich evolueert hangt af van de massa. De zwaarste sterren, met een massa van acht zonsmassa of meer, zullen nooit een witte dwerg worden. Deze sterren zullen aan het eind van hun leven exploderen in een supernova waarna er een neutronenster of een zwart gat overblijft.

Kleinere sterren doen het kalmer aan. Sterren zoals onze zon of kleiner zullen an het eind van hun leven opzwellen en veranderen in een rode reus die uiteindelijk zijn buitenste lagen zal wegblazen waarna er een planetaire nevel over blijft. De kern van de oude ster die dan overblijft is een witte dwerg waar geen kernfusie met behulp van waterstof meer plaatsvindt.

Hele kleine sterren zoals de rode dwergen zullen dit rode reuzenstadium niet bereiken. Dergelijke sterren branden gewoon alle waterstof op en en veranderen in een witte dwerg. Echter, rode dwergen kunnen ontzettend oud worden, ouder dan het heelal op dit moment is. Waarschijnlijk zijn er geen rode dwergen die al in het witte dwergstadium zijn aangekomen.

Kenmerken

Als een ster door zijn brandstofvoorraad heen is stort bij in elkaar door de invloed van de zwaartekracht. Witte dwergen hebben ongeveer de massa van de zon maar ze hebben ongeveer de afmetingen van de straal van de Aarde. Dit zorgt er voor dat ze hele hoge dichtheid hebben die alleen wordt overtroffen door neutronensterren en zwarte gaten. De aantrekkingskracht aan het oppervlak van een witte dwerg is 350.000 maal de groot als de zwaartekracht aan het oppervlak van de Aarde.

Witte dwergen kunnen deze enorme dichtheid bereiken doordat de elektronen van atomen helemaal in elkaar worden gedrukt waardoor iets ontstaat dat bekend is als “gedegenereerde materie”. Op deze manier kan een witte dwerg met een veel kleinere straal dan een gewone ster toch veel zwaarder zijn. Een gewone ster wordt in balans gehouden doordat er een evenwicht is tussen de zwaartekracht en de druk die ontstaat door de kernfusie maar in een witte dwerg moeten de elektronen dicht op elkaar worden gedrukt om voldoende buitenwaartse druk te kunnen genereren. Omdat een witte dwerg veel materie heeft verloren ton hij in zijn rode reuzenstadium verkeerde kan een witte dwerg nooit zwaarder worden dan 1,4 zonsmassa.

Een laatste trap

Veel witte dwergen zullen langzaamaan uitdoven en vervallen tot een zogenoemde zwarte dwerg maar als de witte dwerg een begeleider heeft dan kan het allemaal heel anders gaan lopen.

Als een witte dwerg deel uit maakt van een dubbelstersysteem dan kan het zijn dat de dwerg materie van zijn begeleider kan gaan trekken. De massatoename die dan plaatsvindt kan tot allerlei verrassende effecten leiden. Eén van de mogelijkheden van de toenemende massa van de witte dwerg is dat hij ineenstort tot een nog compactere neutronenster.

Een veel explosiever resultaat van een dergelijke massa toename is dat de witte dwerg overgaat tot een Type Ia supernova. Als de witte dwerg materie van zijn begeleider aantrekt zal dit leiden tot een toename van de temperatuur die dan weer kan leiden tot een ongecontroleerde reactie met als gevolg een gewelddadige supernova-explosie die de witte dwerg volledig kan vernietigen. Dit noemen we dan een enkelvoudige Type Ia supernova.

Als de begeleider ook een witte dwerg is dan kunnen de twee hemellichamen samensmelten en zo voor veel vuurwerk zorgen. Dit resulteert in een ander model van een Type Ia supernova-explosie.

Een derde mogelijkheid is dat de witte dwerg genoeg materie van zijn begeleider wegtrekt om kortstondig te ontsteken als een nova. Dit is een veel minder heftig proces. Omdat de witte dwerg hierbij niet wordt vernietigd kan dit proces verschillende keren worden herhaald tot dat er geen materie meer kan worden onttrokken van de begeleider.

Eerste publicatie: 30 november 2013