De Hubble heeft weer een knap stukje werk geleverd: astronomen hebben door de ruimtetelescoop overtuigend bewijs gevonden dat een witte dwerg in de buurt van de aarde in werkelijkheid het overblijfsel is van een botsing tussen twee sterren.
De Hubble gebruikte ultraviolet licht om koolstof in de hete atmosfeer van de witte dwerg te detecteren. Witte dwergen zijn de compacte kernen die overblijven als de brandstof van sterren op is en ze ineenstorten. Ze zijn ongeveer zo groot als de aarde, maar wegen meestal de helft van de massa van onze zon. Hun kern bestaat uit koolstof en zuurstof, met daaromheen een laag van helium en waterstof. Witte dwergen zijn er genoeg in het heelal, maar extreem zware exemplaren zijn zeldzaam en vormen nog altijd een mysterie voor wetenschappers.
De bijzondere witte dwerg WD 0525+526
Des te interessanter is de analyse van de bekende zware witte dwerg WD 0525+526. Die bevindt zich op ‘slechts’ 130 lichtjaar van de aarde en heeft een 20 procent grotere massa dan die van de zon. Hoe deze zware witte dwerg is ontstaan, was tot nu toe onduidelijk.
Normaal gesproken zou hij voortkomen uit de instorting van een zware ster, maar er blijken kleine hoeveelheden koolstof uit de kern op te stijgen naar de waterstofrijke atmosfeer van de ster. En precies dat wijst erop dat hij niet uit een enkele zware ster is ontstaan.
Ultraviolet licht
“In zichtbaar licht, zoals wij dat met het blote oog zien, lijkt WD 0525+526 op een zware maar verder gewone witte dwerg”, zegt hoofdauteur dr. Snehalata Sahu van de University of Warwick. “Maar dankzij ultravioletonderzoek met Hubble konden we zwakke koolstofsignalen detecteren die niet zichtbaar zijn met optische telescopen.”
De onderzoeker legt verder uit: “De koolstof in de atmosfeer is een duidelijke aanwijzing dat deze witte dwerg waarschijnlijk is ontstaan uit een botsing tussen twee sterren. Het maakt ook duidelijk dat er veel meer van dit soort restanten bestaan, die zich voordoen als gewone witte dwergen met een waterstofrijke atmosfeer. Alleen ultraviolet licht kan ze verraden.”
Tien miljard keer dunner
Normaal gesproken vormen waterstof en helium een dikke schil rond de kern van een witte dwerg, waardoor elementen als koolstof verborgen blijven. Bij een fusie van twee sterren kunnen die lagen grotendeels wegbranden. De nieuwe ster die dan ontstaat, heeft een veel dunnere laag om zich heen, waardoor koolstof de oppervlakte kan bereiken. Precies dat is bij WD 0525+526 waargenomen.
Onderzoeker Antoine Bédard voegt toe: “We maten dat de lagen van waterstof en helium bij WD 0525+526 tien miljard keer dunner zijn dan bij een typische witte dwerg. Wij denken dat deze lagen zijn weggevaagd bij de fusie en dat daardoor nu koolstof aan de oppervlakte kan verschijnen.”
Uitzonderlijk verschijnsel
Maar daarmee is het raadsel nog niet helemaal opgelost. “Dit restant blijft uitzonderlijk: het bevat ongeveer 100.000 keer minder koolstof aan het oppervlak dan andere samengesmolten sterren. Die kleine hoeveelheid, gecombineerd met de hoge temperatuur, bijna vier keer zo heet als de zon, wijst erop dat WD 0525+526 zich in een heel vroeg stadium van zijn evolutie na de fusie bevindt. Deze ontdekking helpt ons beter te begrijpen hoe dubbelsterren eindigen, wat belangrijk is voor fenomenen zoals supernova’s.”
Een extra vraagteken is hoe de koolstof überhaupt aan het oppervlak komt bij zo’n hete ster. Andere fusierestanten zijn al veel koeler, waardoor convectie (warmtestroming) koolstof omhoog kan brengen. Maar WD 0525+526 is daarvoor nog te heet. Het team ontdekte in plaats daarvan een subtieler mengproces: semi-convectie. Dit mechanisme, nu voor het eerst waargenomen bij een witte dwerg, laat kleine hoeveelheden koolstof langzaam opstijgen in de waterstofrijke atmosfeer.
Vroegtijdige opsporing
“Zulke duidelijke sporen van een fusie in een witte dwerg zijn zeldzaam”, zegt professor Boris Gänsicke, die de Hubble-data voor dit onderzoek verzamelde. “Maar door ultraviolet licht konden we deze signalen vroegtijdig op te sporen, toen de koolstof nog onzichtbaar was in zichtbaar licht. Omdat de aardatmosfeer ultraviolet licht tegenhoudt, moeten deze metingen vanuit de ruimte worden gedaan en op dit moment is alleen Hubble daartoe in staat.”
Naarmate WD 0525+526 verder afkoelt, wordt er waarschijnlijk steeds meer koolstof aan het oppervlak meetbaar. Voor nu biedt het ultraviolette licht van deze ster een zeldzaam kijkje in het vroege stadium van een sterrenfusie en vormt het een nieuw ijkpunt in ons begrip van het lot van dubbelsterren.
