Ruimtetelescoop Hubble ‘weegt’ eenzaam door de ruimte dolende zombiester

Het is een ware primeur: nog niet eerder zijn astronomen erin geslaagd rechtstreeks de massa van een enkele witte dwerg te meten.

Hoeveel weegt een witte dwerg? Dat was de hamvraag die astronomen in een nieuwe studie wilden beantwoorden. Het is echter nog niet zo eenvoudig om een witte dwerg – of ander soort ster – te wegen. Er zijn per slot van rekening geen weegschalen in de ruimte. Om toch rechtstreeks de massa te meten, hebben onderzoekers zich tot algemene relativiteitstheorie van Einstein gewend. En met succes. Want voor het eerst is rechtstreeks het gewicht van een eenzame witte dwerg bepaald.

Witte dwerg
Het duurt nog even, maar over zo’n vijf miljard jaar zal onze zon uitbranden, instorten en veranderen in een ziedende, witgloeiende sintel. Astronomen noemen zo’n stellair overblijfsel een witte dwerg. Naar schatting zijn er in ons Melkwegstelsel een slordige 10 miljard van dergelijke zombiesterren te vinden. Hoewel hetzelfde onvermijdelijke lot van onze zon nog ver in de toekomst ligt, willen astronomen nu al veel over witte dwergen leren. Witte dwergen geven ons namelijk belangrijke aanwijzingen over hoe sterren gedurende miljarden jaren evolueren. En het kennen van de massa van een witte dwerg, is een van de belangrijkste factoren in de evolutie van een ster.

Dubbelster
Zoals gezegd is het alleen niet gemakkelijk om rechtstreeks een witte dwerg te wegen. Onderzoekers zijn daar overigens al wel eerder in geslaagd, maar dit betroffen altijd witte dwergen die zich in dubbelstersystemen bevinden. Door de beweging van twee naast elkaar draaiende sterren te observeren, kan met behulp van de gravitatiewet van Newton hun massa worden bepaald. Maar deze truc gaat niet op voor een enkele witte dwerg.

LAWD 37
Toch waren onderzoekers in een nieuwe studie erop gebrand de massa van de eenzaam door de ruimte dolende zombiester LAWD 37 te bepalen. LAWD 37 is het ingestorte overblijfsel van een ster die zo’n 1 miljard jaar geleden uitbrandde. De ster is uitgebreid bestudeerd, voornamelijk omdat ie zich op slechts vijftien lichtjaar afstand bevindt, in het sterrenbeeld Vlieg. “Omdat deze witte dwerg relatief dichtbij is, hebben we al veel gegevens verzameld,” legt onderzoeker Peter McGill uit. “Maar het ontbrekende stukje van de puzzel is een meting van zijn massa.”

Gravitationele microlensing
Voor deze metgezelloze witte dwerg, moesten onderzoekers een andere manier bedenken om zijn massa te bepalen. Ze wendden zich tot de algemene relativiteitstheorie van Einstein, die verklaart hoe de zwaartekracht van een massief object de ruimte vervormt. De onderzoekers besloten daarom met behulp van gravitationele microlensing LAWD 37 gade te slaan. Bij gravitationele microlensing maken onderzoekers handig gebruik van het licht van sterren die op grote afstand van de aarde staan. Wanneer een ster voor zo’n verdere ster langs beweegt, zorgt de zwaartekracht van de ster op de voorgrond ervoor dat het licht van de afgelegen ster afgebogen en versterkt wordt. De ster op de voorgrond doet dus eigenlijk dienst als een soort lens. Hierdoor lijkt de helderheid van die afgelegen ster tijdelijk toe te nemen.

Deze afbeelding laat zien hoe de zwaartekracht van een witte dwergster op de voorgrond de ruimte vervormt en het licht van een verre ster erachter afbuigt. Afbeelding: NASA, ESA, Ann Feild (STScI)

Dit pasten de onderzoekers vervolgens toe op LAWD 37. Toen de witte dwerg voor een achtergrondster passeerde, zorgde microlensing ervoor dat de ster tijdelijk verschoven leek ten opzichte van zijn werkelijke positie aan de hemel.

Telescopen
Om te weten wanneer LAWD 37 voor een andere ster langs zou bewegen, schakelden onderzoekers de hulp in van ruimtetelescoop Gaia, die ondertussen de positie, afstand en bewegingen van bijna twee miljard sterren heeft vastgelegd. Op basis van deze gegevens voorspelden astronomen dat LAWD 37 in november 2019 kort voor een achtergrondster langs zou bewegen. Toen dit eenmaal bekend was, werd de beroemde ruimtetelescoop Hubble ingezet om gedurende meerdere jaren nauwkeurig te meten hoe de schijnbare positie van de achtergrondster aan de hemel tijdelijk werd afgebogen tijdens de passage van de witte dwerg. Vervolgens kon het team daaruit het gewicht van LAWD 37 afleiden.

Gewicht
Hoe zwaar LAWD 37 is? Astronomen maten een massa van 0,56 keer de massa van onze zon. En dit komt mooi overeen met bestaande theorieën die voorspellen hoeveel een typische witte dwerg zou moeten wegen. Het bevestigt dan ook dat onze huidige modellen over hoe witte dwergen evolueren, kloppen.

De onderzoekers houden het nog niet voor gezien. Zo bestuderen ze momenteel een andere witte dwerg, LAWD 66 genaamd, met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop. De eerste waarneming werd al in 2022 verricht. En er zullen meer waarnemingen volgen naarmate de afbuiging piekt in 2024 en daarna afneemt. “Gaia heeft het spel echt veranderd,” zegt McGill. “Het is opwindend om Gaia-gegevens te kunnen gebruiken om te voorspellen wanneer sterren elkaar zullen passeren, om ze vervolgens te kunnen observeren. Ons plan is om meer sterren met behulp van gravitationele microlensing te bestuderen. Uiteindelijk willen we de massa van veel meer soorten hemellichamen rechtstreeks bepalen.”

Bronmateriaal

"For the first time Hubble directly measures mass of a lone white dwarf" - Hubble

Afbeelding bovenaan dit artikel: NASA, ESA, P. McGill (Univ. of California, Santa Cruz and University of Cambridge), K. Sahu (STScI), J. Depasquale (STScI)

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd