De bijzondere witte dwerg – die ongeveer net zo groot is als de maan, maar zwaarder is dan onze zon – zou mogelijk in een heuse neutronenster kunnen veranderen.

Astronomen hebben de kleinste en meest massieve witte dwerg ooit ontdekt. Dat valt te lezen in het vakblad Nature. De bijzondere witte dwerg is ongeveer net zo groot is als de maan, maar zwaarder dan onze zon. De smeulende sintel ontstond toen twee minder massieve witte dwergen samensmolten. En mogelijk is de toekomst van deze ster net zo bijzonder als zijn verleden. Want onderzoekers voorspellen dat de piepkleine witte dwerg weleens zou kunnen transformeren in een neutronenster.

Meer over witte dwergen

Als een ster ouder wordt, valt de waterstoffusie in de kern van de ster stil en zwelt deze op. Dan ontstaat een rode reus. Wanneer de ster vervolgens zijn buitenste lagen gas en stof weg blaast, trekt de kern samen en blijft een witte dwerg over. De ster is aan het einde van zijn leven gekomen. Zo’n witte dwerg is ongeveer net zo groot als de aarde, maar heeft een veel grotere dichtheid (een theelepel witte dwerg-materie weegt ongeveer net zoveel als een olifant op aarde!). Het sterfproces heeft daarnaast grote invloed op de planeten die rond zo’n ster cirkelen. De meeste planeten zullen namelijk naar de ster toegetrokken en opgeslokt worden.Ook onze zon zal over vijf miljard jaar eindigen als een compacte witte dwerg. Sterker nog, ongeveer 97 procent van alle sterren veranderen in witte dwergen.

Het klinkt misschien wat tegenstrijdig. Want hoe kan een ster nou tevens de kleinste én de zwaarste zijn? Met witte dwergen werkt dat zo. Kleinere witte dwergen zijn zwaarder dan grote exemplaren. Dit komt door het feit dat er in witte dwergen – zoals hierboven beschreven – geen kernfusie meer plaatsvindt die bij normale sterren zorgt voor tegenwicht aan hun eigen zwaartekracht.

Dubbelster
Hoe de bijzondere witte dwerg – die ZTF J1901+1458 is genoemd – die prestigieuze titel als kleinste en massiefste heeft verworven? Zoals gezegd heeft dat te maken met de samensmelting van twee afzonderlijke witte dwergen. Hoewel onze zon een eenling is, draaien veel andere sterren in paren om elkaar heen. De sterren worden samen oud en als ze allebei minder dan acht zonmassa’s wegen, evolueren ze tot witte dwergen.

De huidige studie geeft inzicht in wat er na die fase kan gebeuren. Witte dwergen die om elkaar heen spiralen, verliezen energie in de vorm van zwaartekrachtsgolven en versmelten. Als de dode sterren samen genoeg massa hebben, ontstaat er een zogenoemde Ia supernova-explosie. Maar als ze onder een bepaalde massadrempel blijven, vormen ze samen een nieuwe witte dwerg die zwaarder is dan beide voorlopers. Deze ster draait vervolgens sneller om zijn as en ontwikkelt een krachtig magnetisch veld.

Wat zijn Type Ia Supernova’s?
Dit type supernova ontstaat in nauwe dubbelstersystemen, waarin de ene ster een witte dwerg is, en de andere een rode reus (of een tweede witte dwerg). Type Ia supernova’s spelen een cruciale rol in ons begrip over het universum. De supernova van type Ia is namelijk de helderste soort supernova: hij straalt meer dan een miljard keer meer energie uit dan onze zon. Hierdoor kunnen ze over grote afstanden worden gezien. Bovendien stoten ze bij hun gewelddadige ontploffingen veel elementen uit waar vervolgens nieuwe sterren en sterrenstelsels uit voortkomen.

Astronomen denken dat ZTF J1901+1458 dat laatstgenoemde evolutiepad volgde. Zijn voorouders fuseerden en produceerden een witte dwerg die 1,35 keer zo zwaar is als onze zon. De witte dwerg heeft een extreem magnetisch veld dat bijna 1 miljard keer sterker is dan dat van onze zon. Bovendien draait hij met een waanzinnig tempo om zijn as en maakt elke zeven minuten een omwenteling (de snelste witte dwerg die bekend is draait elke 5,3 minuten om zijn as).

Neutronenster
Wie dit nog niet fascinerend genoeg vindt; ook de toekomst van ZTF J1901+1458 kan bijzonder uitpakken. Volgens onderzoekers zou het namelijk goed kunnen dat de piepkleine witte dwerg nóg verder instort. In dat geval transformeert de ster in een neutronenster. Deze vormen zich gewoonlijk wanneer een ster, die veel massiever is dan onze zon, in een supernova explodeert. “Het is nog zeer speculatief, maar het is mogelijk dat de witte dwerg zo zwaar wordt dat hij in een neutronenster verandert,” zegt onderzoeker Ilaria Caiazzo. “In dat geval worden in de kern elektronen door protonen ingevangen, waardoor er neutronen gevormd worden. Wanneer er vervolgens genoeg elektronen zijn ingevangen, stort de kern in.” En dan ontstaat er een heuse neutronenster.

De onderzoekers vermoeden dat objecten zoals ZTF J1901+1458 veelvuldig in ons Melkwegstelsel voorkomen. Dat leiden ze af uit de nabijheid van de witte dwerg (hij bevindt zich op slechts 130 lichtjaar afstand) en zijn jonge leeftijd (de ster is hooguit 100 miljoen jaar oud). Mogelijk betekent dit dat een aanzienlijk deel van andere neutronensterren op een vergelijkbare manier geboren worden. De onderzoekers zijn dan ook van plan meer witte dwergen zoals ZTF J1901+1458 te vinden. “Er zijn zoveel vragen die nog beantwoord moeten worden,” stelt Caiazzo. “Hoe snel smelten witte dwergen samen en is dit voldoende om het aantal type Ia-supernova’s te verklaren? Hoe wordt het krachtige magnetisch veld tijdens dergelijke gebeurtenissen gegenereerd en waarom bestaat er zo’n diversiteit in magnetische veldsterktes onder witte dwergen? Het vinden van een grote populatie witte dwergen geboren uit fusies zal helpen om deze mysterieus te ontrafelen.”