Wat zijn witte dwergsterren?Astronomy Essentials

Witte dwergen zijn de hete, dichte overblijfselen van lang geleden gestorven sterren. Het zijn de sterrenkernen die achterblijven nadat een ster zijn brandstoftoevoer heeft uitgeput en zijn grootste deel van gas en stof de ruimte in heeft geblazen. Deze exotische objecten markeren het laatste stadium van evolutie voor de meeste sterren in het universum – inclusief onze zon – en verlichten de weg naar een dieper begrip van de kosmische geschiedenis.

Een enkele witte dwerg bevat ongeveer de massa van onze zon in een volume dat niet groter is dan onze planeet. Door hun kleine formaat zijn witte dwergen moeilijk te vinden. Met het blote oog zijn geen witte dwergen te zien.

Het licht dat ze genereren, komt van de langzame, gestage afgifte van enorme hoeveelheden energie die zijn opgeslagen nadat ze miljarden jaren hebben doorgebracht als de nucleaire krachtcentrale van een ster.

Witte dwergen worden geboren wanneer een ster wordt uitgeschakeld. Een ster brengt het grootste deel van zijn leven door in een precair evenwicht tussen zwaartekracht en uitgaande gasdruk. Het gewicht van een paar octiljoen ton gas dat op de stellaire kern drukt, drijft dichtheden en temperaturen aan die hoog genoeg zijn om kernfusie aan te wakkeren: het samensmelten van waterstofkernen om helium te vormen. De gestage afgifte van thermonucleaire energie voorkomt dat de ster op zichzelf instort.

Zodra de ster in het midden geen waterstof meer heeft, gaat de ster over op het samensmelten van helium tot koolstof en zuurstof. Waterstoffusie verplaatst zich naar een omhulsel dat de kern omgeeft. De ster wordt opgeblazen en wordt een rode reus. Voor de meeste sterren – inclusief onze zon – is dit het begin van het einde. Terwijl de ster uitzet en de sterrenwinden met een steeds woestere snelheid waaien, ontsnappen de buitenste lagen van de ster aan de meedogenloze aantrekkingskracht van de zwaartekracht.

Als de rode reuzenster verdampt, laat hij zijn kern achter. De blootgestelde kern is een pasgeboren witte dwerg.

De witte dwerg bestaat uit een exotische stoofpot van helium-, koolstof- en zuurstofkernen die zwemmen in een zee van zeer energetische elektronen. De gecombineerde druk van de elektronen houdt de witte dwerg tegen, waardoor verdere ineenstorting in de richting van een nog vreemdere entiteit zoals een neutronenster of een zwart gat wordt voorkomen.

De baby witte dwerg is ongelooflijk heet en baadt de omringende ruimte in een gloed van ultraviolet licht en röntgenstralen. Een deel van deze straling wordt onderschept door de uitstroom van gas dat de grenzen van de nu dode ster heeft verlaten. Het gas reageert door te fluoresceren met een regenboog van kleuren die een planetaire nevel wordt genoemd. Deze nevels geven ons – net als de Ringnevel in het sterrenbeeld Lyra de Harp – een kijkje in de toekomst van onze zon.

De witte dwerg heeft nu een lange, rustige toekomst voor zich. Terwijl de ingesloten warmte naar buiten sijpelt, koelt het langzaam af en dimt het. Uiteindelijk wordt het een inerte klomp koolstof en zuurstof die onzichtbaar in de ruimte zweeft: een zwarte dwerg. Maar het universum is niet oud genoeg om zwarte dwergen te laten ontstaan. De eerste witte dwergen die in de vroegste generaties sterren zijn geboren, zijn nog steeds, 14 miljard jaar later, aan het afkoelen. De koelste witte dwergen die we kennen, met een temperatuur van rond de 4.000 graden Celsius (7.000 graden Fahrenheit), kunnen ook enkele van de oudste relikwieën in de kosmos zijn.

Maar niet alle witte dwergen gaan stilletjes de nacht in. Witte dwergen die in een baan om andere sterren draaien, leiden tot zeer explosieve verschijnselen. De witte dwerg begint de dingen door gas van zijn metgezel af te zuigen. Waterstof wordt over een gasvormige brug overgebracht en op het oppervlak van de witte dwerg gemorst. Terwijl de waterstof zich ophoopt, bereiken de temperatuur en de dichtheid een vlampunt waar de hele schaal van nieuw verworven brandstof met geweld versmelt en een enorme hoeveelheid energie vrijgeeft. Deze flits, een nova genaamd, zorgt ervoor dat de witte dwerg even schittert met de schittering van 50.000 zonnen en dan langzaam weer verdwijnt in de vergetelheid.

Als het gas zich echter snel genoeg verzamelt, kan het de hele witte dwerg voorbij een kritiek punt duwen. In plaats van een dunne schil van fusie, kan de hele ster plotseling weer tot leven komen. Ongereguleerd, het gewelddadig vrijkomen van energie doet de witte dwerg ontploffen.De gehele stellaire kern wordt vernietigd in een van de meest energetische gebeurtenissen in het universum: een Type 1a supernova. In één seconde geeft de witte dwerg evenveel energie af als de zon in zijn hele levensduur van 10 miljard jaar. Weken of maanden kan het zelfs een heel sterrenstelsel overtreffen.

Zulke schittering maakt Type 1a supernovae zichtbaar vanuit het hele universum. Astronomen gebruiken ze als standaardkaarsen om afstanden tot de verste uithoeken van de kosmos te meten. Waarnemingen van ontploffende witte dwergen in verre sterrenstelsels leidden tot een ontdekking die de Nobelprijs voor natuurkunde in 2011 opleverde: de uitdijing van het universum versnelt. Dode sterren hebben onze meest fundamentele aannames over de aard van tijd en ruimte tot leven gewekt.

Witte dwergen – de kernen die achterblijven nadat een ster zijn brandstoftoevoer heeft uitgeput – worden door elk melkwegstelsel gestrooid. Als een stellair kerkhof, het zijn de grafstenen van bijna elke ster die leefde en stierf. Eens de plaatsen van stellaire ovens waar nieuwe atomen werden gesmeed, zijn deze oude sterren opnieuw gebruikt als een hulpmiddel voor een astronoom dat ons begrip van de evolutie van het universum heeft verstoord.

Kort gezegd: witte dwergen zijn de overblijfselen van dode sterren. Het zijn de dichte sterrenkernen die achterblijven nadat een ster zijn brandstoftoevoer heeft uitgeput en zijn gassen de ruimte in heeft geblazen.