20 september 2020

Zwarte dwerg-supernovae: de laatste supernovae die het heelal zal kennen

Impressie van een donkere, bruine dwerg. Zo zou ook een zwarte dwerg er ongeveer uit kunnen zien. Credit: NASA / JPL-Caltech

Supernovae kunnen we ruwweg in twee categorieën indelen: witte dwergen die exploderen als ze door massatoevoer te zwaar worden en exploderen als de ene categorie, heel zware sterren die aan het einde van de fusie van elementen in hun kern zijn gekomen – de fase van ijzerverbranding – en dan hun buitenlagen wegblazen als tweede categorie. Maar ooit zal er wellicht nog een derde categorie verschijnen: de zwarte dwerg-supernovae. Zwarte dwergen zijn vooralsnog hypothetische dwergsterren. Sterren zoals de zon zullen na hun rustige fase van waterstofverbranding in de kern eerst rode reuzen worden en daarna witte dwergen. Ná die fase van witte dwergen, die zelf al biljoenen jaren zou kunnen duren, is de witte dwerg zo ver afgekoeld dat ‘ie in theorie een zwarte dwerg zou kunnen zijn, een sintel van een ster die geen licht en warmte meer uitstraalt (zie de afbeelding hieronder, de zwarte dwerg staat rechtsonder in dit schema).

De levenscyclus van sterren. Credit: R.N.Bailey/Wikipedia.

OK, einde verhaal zou je dan denken, die fase is het roemloze einde van wat ooit een heldere, mooie ster was. Maar wat blijkt nu uit onderzoek van de natuurkundige Matt Caplan (Illinois State University): zwarte dwergen zouden ook kunnen exploderen als supernovae! Net als bij de zeer zware sterren zou het gaan om de fusie van ijzer. Sterren die minder dan tien keer de massa van de zon hebben zijn te licht om die fase van fusie van ijzer te bereiken. Maar zwarte dwergen kunnen dat vreemd genoeg wel. Ze mogen dan wel koude objecten zijn, maar dat betekent niet dat er geen kernreacties meer plaatsvinden. Fusie kan nog steeds, zelfs bij kamertemperatuur en wel door zogeheten kwantumtunneling. Het gaat héél langzaam, maar ooit zal een zwarte dwerg het moment kennen dat ‘ie de fase van fusie van ijzer bereikt. Dat zal alleen gebeuren met de zware zwarte dwergen, die 1,2 tot 1,4 keer de massa van de zon hebben (dus onze zon zal niet zo eindigen, helaas pindakaas). Caplan heeft berekend wanneer dat voor het eerst zal plaatsvinden: over 10¹¹ºº jaar – ding dong, da’s héééél ver weg. Eerst exploderen de zwaarste exemplaren van dat massabereik, gevolgd door de lichtere. De allerlaatste zwarte dwerg die als supernova zal exploderen komt over pakweg 10³²ººº jaar – ding dong, da’s nog vééééééél verder weg. En dat zal dan zo’n beetje gelijk de allerlaatste supernova zijn die ons heelal meemaakt. Hier z’n vakartikel met alle berekeningen, te verschijnen in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: ISU.

Comments

  1. Bij de fusiereactie waarbij ijzer gemaakt wordt, komen positronen vrij. Die annihileren met elektronen. De dwerg is echter afhankelijk van de druk van die elektronen, die ervoor zorgt dat de dwerg niet instort onder zijn eigen zwaartekracht (electron degeneracy pressure). Dus als dit proces maar genoeg tijd krijgt, zal die druk afnemen tot een kritiek punt is bereikt.

    Het heelal is tegen die tijd zo groot dat structuren als sterrenstelsels niet meer bestaan en hypothetische waarnemers zullen helemaal niets van “type III supernova’s” zien, of ze moeten hun eigen zwarte dwerg in de buurt hebben. Maar in principe ligt alles dan zo ver van elkaar dat het licht van deze laatste supernova’s voor iedereen die er nog is, voorgoed achter de kosmische horizon ligt. Tenminste, in het scenario van de “heat death” voor het heelal.

    Geweldige materie dit!

  2. En wat houdt dan het “remnant” in na de collaps? Vliegt “alles” als energie alle kanten op, of blijft er weer een core over van plasma, neutronen of quarksoep, want alle massa-energie wordt geconserveerd volgens de Hamiltonian mechanics. En waarom heet het een cycle als het “remnant” niet de input is van een nieuwe generatie sterren?

    • Mogelijk een witte dwerg met een kern van ijzer, mogelijk een neutronenster, maar de auteur vindt het lastig te zeggen omdat de precieze samenstelling van de “progenitor” bepalend is voor wat er precies gaat gebeuren, en houdt daarom alle opties open. Behalve zwarte gaten, gezien de massa namelijk onwaarschijnlijk. Een witte dwerg die een supernova wordt, wordt geheel uiteengerukt.

      Dat van die cyclus volg ik even niet. Welke cyclus precies?

      • In het bijgaande plaatje staat “stellar live cycle” dat inhoud dat er sprake is van een cyclus dat volgens definitie dus niet eindig, maar een terugkerende, regelmatige, reeks is. Ik zou het stellar decay noemen.

        • De definitie van cyclus is niet per se ‘een terugkerende regelmatige reeks’, maar kan ook ‘een periode, gekenmerkt door dezelde soort gebeurtenissen’ zijn (Van Dale).

          Stellar decay is bijzonder onvolledig in de context van het plaatje. Kleuters worden ook niet beschreven als ‘stervende mensen’ ook al is het technisch juist.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: