19 januari 2021

Getijdenkrachten kunnen sterexplosie veroorzaken

Als twee witte dwergen een dubbelsysteem vormen, gaan ze zwaartekrachtgolven uitzenden. Als gevolg hiervan spiraliseren ze steeds meer naar elkaar toe, waarbij ze gigantische getijdenkrachten op elkaar uitoefenen (niet zichtbaar op dit plaatje). Credit: NASA/TOD STROHMAYER (GSFC)/DANA BERRY (CHANDRA X-RAY OBSERVATORY)

Astrofysici hebben een nieuwe manier gevonden om het ontstaan van nova’s te verklaren. Een nova is een ster die tijdelijk zeer helder wordt en daarna weer vervaagd. Het gaat in alle gevallen om een witte dwergster die deel uitmaakt van een nauwe dubbelster. Volgens de gebruikelijke manier trekt een witte dwergster materiaal aan van de (meestal veel grotere) begeleider. Op deze manier ontstaat een envelop van waterstof rondom de witte dwerg. Na verloop van tijd bereikt deze een kritische massa, waarbij al het waterstof “ontbrandt” in een thermonucleaire explosie. Nu blijkt dat bij een nauwe dubbelster, waarbij beide componenten een witte dwerg zijn, een ander soort nova kan optreden: een getijdennova.

Witte dwergen zijn de restanten van zonachtige sterren. Dit soort sterren fuseren een groot deel van hun leven waterstof tot helium. Als gevolg hiervan ontstaat langzaam een kern van inerte (niet-fuserende) helium-as, die langzaam wordt samengedrukt door het gewicht van de ster. Rondom deze kern ontstaat dan een schil van fuserende waterstof. Na verloop van tijd bereikt de heliumkern de benodigde druk en temperatuur voor een nieuw soort fusiereactie, namelijk die van helium tot koolstof. Op die manier ontstaan wederom een inerte kern, dit keer van koolstof. Hier omheen bevindt zich dan een schil van fuserende helium, met daar omheen weer een schil van fuserende waterstof.

Als gevolg van al deze fusiereacties wordt de ster opgeblazen als een ballon: de zonachtige ster wordt dan een rode reus. Helaas hebben zonachtige sterren onvoldoende massa voor aanvullende fusiereacties. Als gevolg hiervan schrompelt de kern langzaam ineen tot een witte dwerg, terwijl de rest van de ster als het ware het heelal in “verdampt”, waarbij een zogenaamde planetaire nevel gevormd wordt. Dit soort nevels hebben trouwens niets met planeten te maken. Zonachtige sterren ontploffen dus nooit als supernova! Dat gebeurt met veel grotere superreuzen.

Credit: Wiki Commons

Witte dwergen zijn dus de restanten van zonachtige sterren. Ze schijnen alleen maar door restwarmte: fusiereacties vinden er niet meer plaats. Als witte dwergen deel uitmaken van een nauw dubbelsysteem, zal deze materie gaan “stelen” van zijn (meestal grotere) begeleider. Hierdoor krijgt de witte dwerg een omhulsel van waterstof. Dit klinkt misschien een beetje tegenstrijdig: zou de grotere ster geen materie moeten stelen van de witte dwerg? Het antwoord luidt: nee, en dat komt doordat een witte dwerg een gigantische dichtheid heeft. Als gevolg hiervan genereert een witte dwerg verrassend veel zwaartekracht voor zo’n klein object (een witte dwerg is vaak niet groter dan de aarde).

Hoe dan ook, zodra de massa van het waterstofomhulsel hoog genoeg is, zal deze gaan fuseren. Hierdoor zal de envelop uitdijen, waardoor de witte dwerg er tijdelijk uitziet als een”normale” ster. Als gevolg hiervan wordt een witte dwerg veel helderder. Soms lijkt het dan alsof een nieuwe ster aan de hemel is verschenen. De ster is dan nova (“nieuw”). Overigens is de gestolen hoeveelheid brandstof snel weer opgebrand, waarna de ster weer terugkeert naar zijn “ware ik”: een lichtzwakke witte dwerg.

Credit: David A. Hardy & PPARC.

Nou, dan komen we dan eindelijk bij de ontdekking waarover dit artikel eigenlijk gaat. Zoals gezegd bestaan witte dwergen uit de “assen” van de fusiereacties van zonachtige sterren: helium en koolstof. Toch bevat een witte dwerg ook een beetje waterstof, die een dun omhulsel rondom de ster vormt. Normaal gesproken is dit omhulsel niet massief genoeg om te “ontbranden” – hiervoor is aanvullend materiaal nodig, die een witte dwerg dan van een begeleidende ster steelt.Maar wat als de begeleidende ster óók een witte dwerg is? Dan valt er niet veel waterstof te stelen! Maar in plaats daarvan gebeurt er wat anders: omdat witte dwergen zeer dichte en massieve objecten zijn, genereren ze zwaartekrachtgolven. Die nemen baanenergie weg, waardoor de witte dwergen naar elkaar toe spiraliseren. Op een gegeven moment is de onderlinge afstand zo laag, dat ze gigantische getijden op elkaar veroorzaken. De warmte die hierbij vrijkomt, wordt “gedumpt” in de dunne waterstofenvelop. Hierdoor kan de waterstof alsnog de benodigde temperatuur voor fusie bereiken. Het gevolg is een nova, maar dan van een heel ander soort dan de gebruikelijke variant.

Het hele idee van de getijdennova is afkomstig van de “dubbele witte dwerg” J0651. Deze twee draaien in slechts 13 minuten om elkaar heen. De resulterende getijdenkrachten moeten enorm zijn. Credit: Jim Fuller

Bedenkt wel dat getijdennova’s nog steeds theoretisch zijn. Het bestaan ervan zal nog bewezen moeten worden.Noot: In sommige gevallen zal een witte dwerg zoveel materiaal “stelen”, dat er geen normale nova ontstaat. In plaats daarvan ontstaat er een thermonucleaire explosie met zoveel kracht, dat de hele ster uit elkaar knalt. Dat is dan een supernova – van het type I om precies te zijn. Er bestaat, zoals gezegd, nog een type supernova: het type II, die het gevolg is van de dood van een ster die (veel) groter is dan de zon (een zogenaamde superreus). Type I en type II supernovae zijn dus eigenlijk twee geheel verschillende processen, met een soortgelijk resultaat. Noot 2: (Veel) meer informatie over stellaire evolutie is te vinden in dit artikel.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.