Er is nu stevig bewijs dat witte dwergsterren uiteindelijk kristalliseren. Een lot dat ook onze zon te wachten staat.

Wanneer sterren zoals onze zon aan het eind van hun leven komen, doorlopen ze een heel stervensproces (dat hier in detail beschreven staat). Gedurende dat proces raakt de ster een hoop materie kwijt en uiteindelijk blijft alleen de kern over. In dat stadium duiden we de ster aan als een witte dwerg. In die witte dwerg vinden geen kernreacties meer plaats. De witte dwerg beschikt alleen nog over restwarmte die deze over een periode van miljarden jaren afstaat. De witte dwerg wordt dus alleen maar koeler.

Kristalliseren
Aangenomen wordt dat witte dwergen tijdens dat afkoelen, kristalliseren. Maar direct bewijs daarvoor is er niet. Een nieuw onderzoek brengt daar verandering in. Wetenschappers bestudeerden 15.000 witte dwerg-kandidaten die zich binnen 300 lichtjaar afstand van de aarde bevinden. Ze keken daarbij met name naar de helderheid en kleur van deze sterren. Wat opviel was dat een zeer groot aantal witte dwergen – ongeacht hun omvang of leeftijd – dezelfde kleur en helderheid had. Het wees erop dat ze zich allemaal in een bepaald, langdurig stadium van hun leven bevonden: het stadium waarin ze kristalliseren. “Dit is het eerste directe bewijs dat witte dwergen kristalliseren oftewel de overgang doormaken van vloeibaar naar vast,” aldus onderzoeker Pier-Emmanuel Tremblay. “Vijftig jaar geleden werd al voorspeld dat we heel veel witte dwergsterren met dezelfde kleur en helderheid zouden moeten zien doordat ze kristalliseren en nu pas zien we dat ook.”


Wat is kristalliseren precies?
De term kristalliseren verwijst eigenlijk naar een proces dat ervoor zorgt dat een materiaal vast wordt, oftewel de atomen waaruit het is opgebouwd een geordende structuur krijgen. In de kern van witte dwergen kan dat proces pas op gang komen als het van oorsprong warme materiaal enigszins is afgekoeld. Je kunt het vergelijken met het bevriezen van water: de vloeistof kan pas vast worden als de temperatuur voldoende zakt. Alleen vindt de kristallisatie van witte dwergen bij veel hogere temperaturen – ongeveer 10 miljoen graden Celsius – plaats.

Het is allemaal te danken aan Gaia: een satelliet die momenteel bezig is om de sterren in onze Melkweg te analyseren. “Voor Gaia hadden we van 100 of 200 witte dwergen de helderheid en exacte afstand waarop ze stonden en nu hebben we die gegevens van 200.000 witte dwergen,” vertelt Tremblay.

Zon
Alle witte dwergen zullen uiteindelijk kristalliseren. “Het betekent dat miljarden witte dwergen in ons sterrenstelsel dit proces al hebben voltooid en in feite kristallen bollen aan de hemel zijn. De zon zelf zal over tien miljard jaar een gekristalliseerde witte dwerg worden.” Naar schatting zal uiteindelijk tot 97% van alle sterren in de Melkweg een witte dwerg worden en dus ook uiteindelijk kristalliseren.

Het onderzoek suggereert verder dat we bij het schatten van de leeftijd van witte dwergen – op basis van helderheid – rekening dienen te houden met het proces van kristallisatie. Tijdens dit proces komt namelijk warmte vrij, waardoor de afname in helderheid van de witte dwerg – veroorzaakt door een afname in temperatuur – tijdelijk stil komt te liggen. En hierdoor lijkt een witte dwerg tot wel 2 miljard jaar jonger dan deze in werkelijkheid is. “Witte dwergen worden vaak gebruikt voor het dateren van stellaire populaties, zoals sterrenclusters, de buitenste schijf en halo in onze Melkweg,” legt Tremblay uit. “We moeten nu betere kristallisatiemodellen ontwikkelen om de leeftijd van deze systemen nauwkeuriger te kunnen schatten.”