26 mei 2020

Twee witte dwergen ontdekt die in minder dan zeven minuten om elkaar draaien

Impressie van ZTF J1530+5027 (Credit: Caltech/IPAC).

Sterrenkundigen hebben twee witte dwergsterren ontdekt die in slechts zes minuten en 55 seconden om hun gemeenschappelijk zwaartepunt draaien. Witte dwergen zijn het voorland van onze zon, als die over vijf miljard jaar in z’n kern alle waterstof heeft omgezet in helium zal ‘ie expanderen en de volgende miljoenen jaren een rode reus zijn, gevolgd door de fase dat de kern krimpt tot een bol ter grote van de aarde, met de massa van de zon daarin gepropt. Nou, stel je twee van die witte dwergen voor, die beiden zo’n ontwikkeling hebben meegemaakt, eerst zonachtig, dan rode reus, dan witte dwerg, en dat in elkaars nabijheid omdat ze een dubbelster vormden.

De 211-meter telescoop van het Kitt Peak National Observatory, waar de KPED aan verbonden is. Credit: P. Marenfeld & NOAO/AURA/NSF

ZTF J1539+5027 is zo’n systeem van twee witte dwergen, ontdekt met de Zwicky Transient Facility (ZTF) in Californië. Ze zijn daar een nieuw instrument aan het testen, de zogeheten Kitt Peak 84-inch Electron Multiplying Demonstrator (KPED), die verbonden is aan de 2,1 meter telescoop van het Kitt Peak observatorium (zie de foto hierboven). Daarmee kunnen ze heel goed ‘kortperiodieke ‘eclipserende dubbelsterren‘ waarnemen, dat zijn sterren die we precies recht van opzij zien, zodat ze elkaar gezien vanaf de aarde kort bedekken en er dan een ‘eclips’ is, waarbij de componenten elkaar beurtelings verduisteren en er variatie in de lichtkracht plaatsvind. Wat kwam er bij de twee witte dwergen van ZTF J1539+5027 (kortweg: J1539) uit het onderzoek naar voren: dat ze in slechts slechts zes minuten en 55 seconden om hun gemeenschappelijk zwaartepunt draaien, het barycentrum geheten.

Ding dong, twee witte dwergen ter grootte van de aarde, die in nog geen zeven minuten om elkaar draaien – zie de impressie daarvan in de video hierboven. Zulke extreem compacte objecten als witte dwergen, die vooral uit gedegenereerde elektronen bestaan, die op zulke korte afstanden om elkaar draaien moeten wel continu zwaartekrachtgolven genereren. Jammer genoeg zijn die te zwak om door detectoren zoals LIGO en Virgo waar te nemen, maar met de toekomstige Europese LISA (Laser Interferometer Space Antenna) satellieten moet dat wel mogelijk zijn. Maar daar moet je een tikkeltje geduld voor hebben, want die worden pas in 2034 gelanceerd.

Het waargenomen baanverval van J1539. Credit: Nature.

Dát de twee componenten van J1539 zwaartekrachtgolven uitzenden staat al vast, daar is die detectie door LISA niet voor nodig. Het uitzenden van de zwaartekrachtgolven – in 1916 voorspeld door Albert Einstein – betekent namelijk dat er energie weglekt uit het systeem en daardoor komen de twee witte dwergen steeds dichter bij elkaar. De waarnemingen laten zien dat ze per dag 26 cm dichter bij elkaar komen, precies zoveel als op grond van de ART van Einstein is voorspeld (zie de afbeelding van het baanverval hierboven). Ze staan zo dicht bij elkaar dat ze beiden binnen de planeet Saturnus (diameter 120.000 km) om elkaar heen zouden kunnen draaien. Ooit in de toekomst zullen ze op elkaar botsen en dan samensmelten. In Nature verscheen dit artikel over de ontdekking van dit record-witte dwergsysteem. Bron: NOAO.

Comments

  1. Toch ff een paar lekenvragen.. toen die 2 nog rode reuzen waren moeten ze elkaar in omvang toch overlapt hebben en wellicht 1 ster geweest zijn met 2 kernen??? De maanafstand neemt 4 cm per jaar toe en verdwijnt dus t.z.t. uit zicht door getijdenwerking 🙂 ; hier komen ze elke dag 26 cm tot elkaar ??? wat is het verschil ?? eh.. 30 cm?

    • Obelix Obelix zegt

      Me dunkt dat beide sterren niet tegelijk in de fase van Rode Reus moeten hebben gezeten. Er is dan ook geen reden om aan te nemen dat er één Rode Reus was met twee kernen. 😉
      naar mijn beste weten duurt bij een ster als de zon de Waterstof verbranding zo’n 10 miljard jaar, terwijl de Helium verbranding iets van slechts miljoenen jaren in beslag neemt.

      Daarnaast is het nog maar de vraag of deze twee geliefden elkaar al op jonge leeftijd hebben ontmoet, of elkaar op later leeftijd (als witte dwergjes) hebben (in-)gevangen. xoxo 😀

      Groet, Paul

  2. Etienne Durinck zegt

    Wat zouden we te zien krijgen wanneer die twee op elkaar botsen.? Moet een heel zwaar klapje zijn.

    • Dan krijg je een type Ia supernova. Tenminste, als de gezamenlijke massa zwaarder is dan de Limiet van Chandrasekhar, pakweg 1,4 zonsmassa.

      • Obelix Obelix zegt

        En als de gezamenlijke massa lager is?
        Toch minimaal een schokgolf door het universum?
        Ik weet niet hoe ik het diagram van de baanverval moet lezen…,
        … laat staan (kan) extrapoleren, maar ik krijg de indruk dat het snel afgelopen kan zijn?
        Is de lancering van die LISA satellieten voor deze knal nog op tijd of krijgen we deze ‘Kaboem’ eerder?
        (Als de afstand van beide Witte Dwergen tot elkaar zo’n 100.000 km is, waarvan elke 4 dagen een meter vanaf wordt geknabbeld, dan duurt het nog wel een miljoen jaar! Maar de grafiek lijkt in de richting van een versnelling te duiden, en dan kan het ook wel binnen bv 10 jaar? 😕 Is daar al info over? )

        Groet, Paul

        • “We conclude that the hot primary white dwarf has a mass (probably with a core consisting of carbon and oxygen) of approximately 0.6M☉ (where M☉ is the solar mass), whereas the cool secondary white dwarf has a mass (probably with a helium core) of approximately 0.2M☉.”

          bron: [url]https://www.nature.com/articles/s41586-019-1403-0.epdf?shared_access_token=Qi4hxRRHGMDqJXSjrF3tkNRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MrfFGVQLsU0_epTuSz1RFPBO0RO8A2e-zMsJNATwsD-8JZvmVkex6y2mZ_ecgTEqK_SitjLWZgvck36oTL1-7sZzQqeB6u9uKeR5owgrOnxA%3D%3D[/url]

          De gezamenlijke massa is laag, onder de Chandrasekhar-limiet. Nadat ze evt. samensmelten komt er dus geen supernova, zo te zien (maar zie onder).

          De onderzoekers verwachten dat de 2 witte dwergen gedurende nog 130.000 jaar dichter bij elkaar komen, de periode van 7 minuten is dan naar 5 minuten gedaald. Als de overdracht van massa van de lichte dwerg naar de zwaardere dan stabiel is, dan verwachten ze geen merger maar een evolutie naar een AM Canum Venaticorum systeem: https://en.wikipedia.org/wiki/AM_Canum_Venaticorum De twee zullen dan niet langer dichter bij elkaar komen maar juist weer verder uit elkaar gaan (de periode waarmee ze rond elkaar draaien neemt dan weer toe). De onderzoekers vinden dit het waarschijnlijkst.

          Als de overdracht van massa niet stabiel is, verwachten ze een evolutie naar een R Coronae Borealis variabele: https://en.wikipedia.org/wiki/R_Coronae_Borealis_variable

          In dat 2e geval is er toch nog een kleine kans op een supernova: ook onder de Chandrasekhar-limiet kan de heliumschil buiten de kern bij een voldoende grote massaoverdracht exploderen wat op zichzelf de trigger kan zijn voor de explosie van koolstof in de kern (met een SN type Ia tot gevolg). Dit heet wel een “double detonation scenario”. Zie: https://arxiv.org/abs/1706.01898

  3. “We conclude that the hot primary white dwarf has a mass (probably with a core consisting of carbon and oxygen) of approximately 0.6M☉ (where M☉ is the solar mass), whereas the cool secondary white dwarf has a mass (probably with a helium core) of approximately 0.2M☉.”

    De bron is het wetenschappelijk artikel, maar als ik de link daarvan plaats denkt het reactiesysteem dat ik spam plaats.

    De gezamenlijke massa is laag, onder de Chandrasekhar-limiet. Nadat ze evt. samensmelten komt er dus geen supernova, zo te zien (maar zie onder).

    De onderzoekers verwachten dat de 2 witte dwergen gedurende nog 130.000 jaar dichter bij elkaar komen, de periode van 7 minuten is dan naar 5 minuten gedaald. Als de overdracht van massa van de lichte dwerg naar de zwaardere dan stabiel is, dan verwachten ze geen merger maar een evolutie naar een AM Canum Venaticorum systeem: https://en.wikipedia.org/wiki/AM_Canum_Venaticorum De twee zullen dan niet langer dichter bij elkaar komen maar juist weer verder uit elkaar gaan (de periode waarmee ze rond elkaar draaien neemt dan weer toe). De onderzoekers vinden dit het waarschijnlijkst.

    Als de overdracht van massa niet stabiel is, verwachten ze een evolutie naar een R Coronae Borealis variabele: https://en.wikipedia.org/wiki/R_Coronae_Borealis_variable

    In dat 2e geval is er toch nog een kleine kans op een supernova: ook onder de Chandrasekhar-limiet kan de heliumschil buiten de kern bij een voldoende grote massaoverdracht exploderen wat op zichzelf de trigger kan zijn voor de explosie van koolstof in de kern (met een SN type Ia tot gevolg). Dit heet wel een “double detonation scenario”. Zie: https://arxiv.org/abs/1706.01898

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: