Witte dwergen – de restanten van een normale ster

Hubble fotografeert wittte dwergsterren
De Hubble Space Telescope maakte deze opname waarop verschillende witte dwergen zichtbaar zijn. Deze oude witte dwergen zijn 12 tot 13 miljard jaar oud. Ze zijn slechts een beetje jonger dan het heelal. In theorie zullen witte dwergen ooit uitdoven en vervallen tot zwarte dwergen. Credit: NASA

Voor ons lijken sterren aan de sterrenhemel leeftijdloos en onveranderlijk maar uiteindelijk zullen de meeste sterren veranderen in witte dwergen. Dit is het laatste waarneembare stadium in de evolutie van sterren met een lage en gemiddelde massa. Deze zwakke stellaire overblijfselen zijn de restanten van sterren die ooit helder schenen.

Ontstaan

Hoofdreekssterren, waaronder ook onze Zon, ontstaan uit wolken van gas en stof die door de zwaartekracht samentrekken. Hoe sterren in de tijd evolueren hangt af van hun massa. De zwaarste sterren, met een massa van 8 zonsmassa of meer, zullen nooit als een witte dwerg eindigen. Deze sterren exploderen aan het eind van hun leven als een supernova en laten dan een neutronenster of een zwart gat achter.

Kleinere sterren echter doen het allemaal wat rustiger aan. Sterren met een lage tot gemiddelde massa, zoals onze Zon, zwellen aan het eind van hun leven op tot een rode reus. Daarna blazen deze sterren hun buitenste lagen weg zodat er een planetaire nevel ontstaat (vroege waarnemers zagen deze nevels in eerste instantie aan voor planeten zoals Uranus en Neptunus, vandaar de naam planetaire nevel). De kern die overblijft is een witte dwerg, een stervormig object waar geen waterstoffusie meer plaatsvindt.

Kleinere sterren, zoals rode dwergen, halen het stadium van een rode reus helemaal niet. Ze verbranden eenvoudigweg al hun waterstof en eindigen als een witte dwerg. Deze rode dwergen doen er echter ontzettend lang over om een witte dwerg te worden. Het kost ze meer tijd dan de leeftijd van het heelal dat op 13,8 miljard jaar wordt geschat. Dat betekent dus dat er nog geen enkele rode dwerg is vervallen tot een witte dwerg.

Kenmerken

Als sterren bijna door hun brandstof heen zijn dan zorgt het kernfusieproces niet meer voor een naar buiten gerichte druk waardoor de ster ineenstort. Witte dwergen hebben ongeveer evenveel massa als de Zon maar ze hebben een doorsnede van ongeveer de Aarde. Hierdoor behoren witte dwergen tot de meest compacte objecten in het heelal, ze worden alleen overtroffen door neutronensterren en zwarte gaten. De zwaartekracht aan het oppervlak van een witte dwerg is ongeveer 350.000 * de zwaartekracht aan het oppervlak van de Aarde. Dat betekent dat een persoon die op Aarde 70 kilogram weegt op een witte dwerg 24,5 miljoen kilogram weegt!

Witte dwergen kunnen die enorme dichtheid bereiken doordat als gevolg van het ineenstorten alle elektronen bij elkaar zijn geduwd. Hierdoor ontstaat, wat wetenschappers, gedegenereerde materie noemen. Sterren die ineenstorten blijven dit doen totdat de elektronen zelf voldoende uitwaartse druk leveren om het ineenstortingsproces te stoppen. Hoe meer massa hoe groter de inwaartse druk zal zijn. Een zwaardere witte dwerg zal dus een kleinere diameter hebben dan zijn minder zware soortgenoot. Dit betekent dat, na het afstoten van het grootste deel van zijn massa tijdens het rode reusstadium, een witte dwerg nooit zwaarder kan zijn dan 1,4 zonsmassa.

Als een ster opzwelt om een rode reus te worden dan zullen planeten die het dichtste rond de ster draaien worden opgeslokt. Sommige planeten zullen dit overleven. De Spitzer telescoop van de NASA, die in een baan om de Aarde draait, heeft aangetoond dat minstens 1 tot 3 procent van alle witte dwergen een “besmette” atmosfeer heeft. Die onzuivere atmosfeer is veroorzaakt door rotsachtig materiaal afkomstig van planeten dat op de ster is gevallen.

In de zoektocht naar aardachtige exoplaneten zijn er inmiddels talloze stersystemen gevonden die prima kandidaten zijn om planeten te hebben. Waar het dan gaat om witte dwergen zullen eventuele aardachtige planten bij die witte dwergen niet bewoonbaar zijn maar er zullen mogelijk wel planeten zijn die ooit bewoonbaar zijn geweest toen hun witte dwerg nog een normale zonachtige ster was.

Een laatste trap

Veel witte dwergen gaan uit als een kaarsje in de nacht. Ze stralen al hun energie uit en worden uiteindelijk een zwarte dwerg maar de witte dwergen die deel uitmaken van een dubbelstersysteem staat mogelijk een ander lot te wachten.

Als een witte dwerg deel uitmaakt van een dubbelstersysteem dan kan de witte dwerg mogelijk materie opsnoepen van zijn begeleider. Als de massa van de witte dwerg toeneemt kunnen er interessante dingen gebeuren.

Een van de mogelijkheden is dat de opgenomen massa erg voor zorgt dat de witte dwerg ineenstort tot een veel compactere neutronenster.

Een veel explosiever resultaat is een Type 1a supernova.  Als de witte dwerg materie van zijn begeleider overneemt zal de temperatuur toenemen en dat zal uiteindelijk leiden tot een onbeheerste reactie waarbij een explosie ontstaat die leidt toto een supernova waarbij de witte dwerg wordt vernietigd. Dit proces is bekend als een Type 1a supernova.

In 2012 konden astronomen de complexe gasschillen die een Type 1a supernova omringen voor het eerst gedetailleerd onderzoeken.

Als de begeleider in plaats van een normale ster een andere witte dwerg is dan kunnen de twee objecten samensmelten en daarbij staat ook een Type 1a supernova maar dan eentje doe astronomen “dubbel gedegenereerd” noemen.

In andere gevallen zal de witte dwerg net genoeg materie van zijn begeleider opnemen om kortstondig als een nova op te lichten. Een nova is een veel kleinere explosie. Omdat bij een nova de witte dwerg intact blijft kan dit proces zich verschillende keren herhalen waardoor een stervende ster steeds opnieuw kortstondig tot leven komt. Het zijn zeer heldere en veel voorkomende uitbarstingen van sterren die zelfs maak met het blote oog zichtbaar zijn.

 

Eerste publicatie: 30 november 2013
Volledige revisie: 17 oktober 2018