29 september 2022

Witte dwerg ontdekt die mogelijk ontstaan is uit de botsing van twee witte dwergen

Impressie van twee witte dwergen die samensmelten. Credit: University of Warwick/Mark Garlick

Sterrenkundigen hebben een zware witte dwerg ontdekt die mogelijk ontstaan is uit de botsing van twee witte dwergen. Het gaat om witte dwerg WDJ0551+4135, die 150 lichtjaar van ons vandaan staat en die een atmosfeer heeft die zeer veel koolstof bevat. De witte dwerg is spectroscopisch onderzocht door zowel de Gaia ruimtetelescoop als de William Herschel Telescope op Tenerife. Witte dwergen zijn de restanten van sterren zoals de zon – uiteindelijk zal de zon over vijf miljard jaar een rode reus worden en daarna een witte dwerg. Meestal zijn ze zo’n 0,6 zonsmassa zwaar. Maar WDJ0551+4135 is maar liefst 1,14 zonsmassa en dat gepropt in een bolletje 2/3e van de diameter van de aarde. Hij gaat ook sneller door de Melkweg heen als 99% van de andere sterren, hetgeen een maat is voor z’n ouderdom. WDJ0551+4135 is dus een oude, zware witte dwerg. Op basis van de samenstelling van z’n atmosfeer, die een opvallende mix van waterstof en koolstof bevat, komen Mark Hollands (University van Warwick) en z’n team tot de conclusie dat WDJ0551+4135 ontstaan moet zijn uit twee losse witte dwergen, die op elkaar gebotst moeten zijn en toen zijn samengesmolten. Dat moet ongeveer 1,3 miljard jaar geleden zijn gebeurd. Als de twee witte dwergen zwaarder waren geweest en de gevormde witte dwerg zou zwaarder dan 1,4 zonsmassa zijn geweest dan zou ‘ie als type Ia supernovae zijn geëxplodeerd. Die 1,4 zonsmassa is de Limiet van Chandrasekhar, de theoretische bovenlimiet van de massa van witte dwergen. In Nature verscheen onlangs dit vakartikel over de ontdekking van de bijzondere witte dwerg:

An ultra-massive white dwarf with a mixed hydrogen–carbon atmosphere as a likely merger remnant, Nature Astronomy (2020). Bron: Phys.org.

Comments

  1. Theo Ruppert zegt

    Sinds wanneer zijn witte dwergen “meestal zo’n 0,6 zonsmassa zwaar” ?
    Witte dwergen zijn tussen de 1,2 en 1,4 zonsmassa; en dat zonder “botsing van twee witte dwergen”.
    Deze “zware” witte dwerg van 1,14 zonsmassa zit gewoon aan de ondergrens.
    Bij 0,6 zonsmassa gaat het om oranje dwergen.
    Wat is dit voor (“wetenschappelijk”) verhaal ?

    • @Theo, 1,4 zonmassa noemt men in het Nature bronartikel ultra-massief en zit aan de Chandrasekhar limiet van ca. 1.44 de M? : “We report the identification of WD J055134.612+413531.09, an ultra-massive (1.14 solar masses (M?)) white dwarf with a unique carbon–hydrogen mixed atmosphere (atomic ratio C?H?=?0.15).” bron: https://www.nature.com/articles/s41550-020-1028-0 . De massa van WD piekt op 0,6 zonmassa´s, wiki : Although white dwarfs are known with estimated masses as low as 0.17 M?[25] and as high as 1.33 M?,[26] the mass distribution is strongly peaked at 0.6 M?, and the majority lie between 0.5 and 0.7 M?. Het wetenschappelijke verhaal waaraan je twijfelt komt dus van bestaande literatuur, https://arxiv.org/abs/astro-ph/0612277 ( “White dwarf mass distribution in the SDSS”)

      • Theo ruppert zegt

        Hoi Paul,
        Je bedoelde vast: Een witte dwerg ontstaat niet bij 1,44 zonsmassa, maar eindigt dan (in een neutronenster of zwart gat).

        Hoi Nico,
        Het is een gedegen wetenschappelijk onderzoek uit 2006 / 2007 waarnaar je verwijst, die de gemiddelde 0,6 zonsmassa van een witte dwerg staaft. Dank.

    • Nb: oranje dwergen zijn sterren in de hoofdreeks (zie HR-diagram) en witte dwergen zjjn dat niet. Het verschil gaat nog verder dan de massa.

  2. Avatar foto Obelix zegt

    Als de Chandra limiet om een Witte Dwerg te laten ontstaan bij 1,4M? ligt, maar de meeste Witte Dwergen een massa van slechts 0,6 M? hebben, kan ik dan concluderen dat ca. de helft van de stermassa verloren gaat… (De buitenste schillen aan de ruimte worden terug gegeven) en ca het helft het nieuwe object gaan vormen?
    Net zo als dat bij een Supernova veel materiaal naar elders wordt uitgestoten?

    Groet, Paul

    NB hoe zou die verhouding tijdens Supernovae zijn?

  3. @June @Theo

    Ik zie jullie link met de HR-Hoofdreeks niet zo : we hebben het tenslotte over objecten die geen kernfusie meer uitvoeren. Dode sterren dus: van Witte Dwergen tot Zwarte gaten.

    In mijn reactie van gisteren om 15:56 bedoel ik dat als zware(!) sterren sterven, veel massa door de implosie van die ster, wellicht door/langs de kern schiet, maar er slechts een gedeelte van de originele stermassa overgaat in het nieuw te vormen Zwart Gat. Veel massa wordt teruggegeven aan de ruimte. (Massa verhouding?)
    En met al dat puin en nieuwe(?) waterstofwolken kunnen andere sterren worden opgebouwd. Zonder een dergelijk proces waren er geen elementen van ’trans-Ferro’ beschikbaar op Aarde.( geen elementen die zwaarder zijn dat IJzer en Nikkel: slechts 30 elementen i.p.v. de 92 die op Aarde te vinden zijn.).

    Ik vraag me af, dat is de kern van mijn genoemde reactie, of er iets dergelijks ook bij lichtere sterren gebeurd:
    Als een ster van (net) onder de Chandrasekhar-limiet sterft, blijft dan alle originele stermassa bij dat object en vormt zich dan tot een Witte Dwerg van die massa. Of gaat dat krimpen naar een 2/3 Aard-volume zo snel dat het object ‘zijn macht’ over de buitenste lagen verliest en dat deze buitenste lagen ook later beschikbaar komen voor een latere generatie sterren/planeten?

    Groet, Paul

    Waarom zou een Witte Dwerg van 1,14 Zonmassa’s niet ‘gewoon’ kunnen ontstaan?

    • Hoi Paul,

      Met de verwijzing naar de HR-hoofdreeks bedoelde ik dat een oranje dwerg een gewone ster is in de hoofdreeks, maar een witte dwerg niet. De eerste 2 posts hier gaan over de massa van witte/oranje dwergen, en ik bedoelde er mee te zeggen dat ik de indruk had dat Theo zich niet zozeer in de massa vergiste, maar meer in het stertype.
      Over je reactie van 15:56. Je zegt (en ik vat het samen in mijn eigen woorden):

      “Als de limiet om een Witte Dwerg te laten ontstaan bij 1,4 solar mass ligt, maar de meeste Witte Dwergen een massa van slechts 0,6 solar mass hebben, kan ik dan concluderen dat ca. de helft van de stermassa verloren gaat?”

      Het antwoord daarop is, min of meer, ja. Een witte dwerg komt voort uit een rode reus en deze rode reus stoot een aantal lagen af (‘planetary nebula’). Dat kan de helft van de stermassa of zelfs meer zijn. Het gaat natuurlijk niet verloren in de zin van het verdwijnt, maar dat snap je wel – de materie uit zo’n schil kan uiteindelijk weer in nieuwe sterren/planeten gaan zitten. Precies zoals je al vermoedt, als ik je goed begrepen heb, maar met het verschil dat de massa al afgestoten wordt voordat de ster een witte dwerg is geworden.

      Noot over massa: als na het afstoten van de buitenlagen een kern overblijft van meer dan 1.4 solar mass, dan krijg je een supernova. De kern is dan te zwaar om stabiel te blijven. Het is dus niet de stermassa die 1.4 of minder moet zijn. Sterren tot ongeveer 10 solar mass zullen meestal in een witte dwerg eindigen.
      Je vraagt nog: “waarom zou een Witte Dwerg van 1,14 Zonmassa’s niet ‘gewoon’ kunnen ontstaan?”
      Ik weet niet wat je precies bedoelt met ‘gewoon’. Maar het lijkt of je vraagt: kan een witte dwerg met een massa van 1.14 solar mass ontstaan? Ja, dat kan. Witte dwergen kunnen niet bestaan als ze zwaarder zijn dan de Chandrasekhar-limiet, lichter wel. Maar de samenstelling van de witte dwerg uit bovenstaand artikel is zodanig dat deze waarschijnlijk niet zo ontstaan is.

      Tot slot: het ligt natuurlijk allemaal nog wat genuanceerder en ingewikkelder dan ik het hier stel, maar anders wordt het me te lang en ingewikkeld 🙂 Maar, voor als je meer wilt weten, rotatie en samenstelling spelen ook een rol – onder bijzondere omstandigheden kan een witte dwerg toch zwaarder zijn dan 1.4 solar mass, in elk geval in theorie.

      • Bedankt voor je uitgebreide antwoord.
        Het geeft me weer wat om over na te denken…

        Groet, Paul

        … als een Rode Reus zoveel massa kwijt raakt, kunnen er daardoor wellicht ook (Astronomische metalen=) elementen ontsnappen zoals bv Koolstof, Stikstof, Zuurstof en Neon.

      • Maar alleen in theorie maar ook in praktijk tot wel 2.4 x de solarmassa : https://arxiv.org/abs/1003.2217 “Nearby Supernova Factory Observations of SN 2007if: First Total Mass Measurement of a Super-Chandrasekhar-Mass Progenitor” R. A. Scalzo et al,

        • Goed gevonden, maar helaas ook weer niet! 😛 De duivel zit in de details… Die massa verwijst naar de massa van het “systeem” en dat zijn waarschijnlijk ook twee witte dwergen geweest die samen botsten en toen een supernova produceerden.

          • Moet haast wel, alleen een supersnelle rotatie zou nog roet in het eten kunnen gooien die de collaps nog wat uitstelt, maar ik geloof je duivelse detail dan toch eerder. Het heelal is net een “box of chocolate”, je kan er alle smaken in vinden 🙂 .

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: