Astronomen hebben de grootste witte dwerg ooit ontdekt

Een internationale groep onderzoekers heeft een ster ontdekt die angstig dicht tegen zijn maximale massa aan zit. Hierdoor hebben astronomen voor het eerst de kans om een dwergster die tegen het einde van zijn levenscyclus zit te bekijken. Uit de eerste resultaten blijkt dat de ster op dit moment zo snel omliggende materie absorbeert, dat de ster snel zijn kritieke massa zal bereiken. Op dat moment zal de ster ofwel ineenstorten, ofwel een enorme explosie veroorzaken. Astronomen hebben nog geen idee welke van de twee het gaat worden.

De ster, met de naam RX J0045.4, is een witte dwerg in het Andromedastelsel. Witte dwergen zijn overblijfselen van veel actievere sterren, die weliswaar klein waren maar toch een enorme dichtheid hadden. Onze eigen zon is zo'n type ster. De meeste witte dwergen koelen langzaam af tot dode sterren, die zwarte dwergen worden genoemd. Maar, als witte dwergen zwaarder zijn dan 1,4 zonnemassa's, komt zo'n stille dood niet voor.

De kritieke grens voor de massa wordt het Chandrasekharlimiet genoemd en dat is ongeveer 1,3 zonnemassa's. RX J0045.4 zit daar erg dicht in de buurt. Het is al één van de zwaarste witte dwergen die theoretisch mogelijk zijn, maar volgens de onderzoekers neemt hij jaarlijks ook nog eens grofweg de helft van de massa van Mars aan materie van zijn tweelingster op. Veel van deze materie explodeert direct, maar er blijft altijd iets van de materie achter, waardoor de massa van de ster blijft groeien.

Lars Bildsten, theoretisch natuurkundige aan UC Santa Barbara, zegt dat de explosies een eerste teken waren dat er iets bijzonders aan de hand was met de ster. "In ons melkwegstelsel duren de kortste van dit soort gebeurtenissen ongeveer 10-20 jaar," zegt hij. Bij RX J0045.4 komen de explosies iedere 11-12 maanden voor. "Dus dit was al best bijzonder."

Met behulp van nieuwe algoritmes kunnen astronomen makkelijker dit soort bijzonderheden uit de massa's aan onbestudeerde data halen. Astronomen wisten aan de hand van de hoge frequentie van de explosies dat dit één van de grootste witte dwergen was die we ooit hebben ontdekt. Ze konden deze hypothese bewijzen aan de hand van onbestudeerde röntgenmetingen van het gebied. In het onderzoek is oude data met nieuwe data gecombineerd. Omdat het bij RX J0045.4 zo snel gaat, is er sinds het afronden van het onderzoek al weer een nieuwe explosie waargenomen.

Volgens Bildsten is deze vondst helemaal bijzonder omdat Andromeda één van de meest bestudeerde sterrenstelsels is. "Een hoop mensen kijken naar Andromeda … en voor zover we weten is er maar één zo'n ster in dit melkwegstelsel," zegt hij. "Het is heel leuk; als iemand ons vraag hoeveel er hievan zijn, dan zeggen wij dat er maar één van is."

Het Chandrasekharlimiet wordt vaak aangehaald als de massa waarboven een witte dwerg zal veranderen in een supernova, een enorme ruimte-explosie. Maar dit gaat niet altijd op. RX J0045.4 zal op een bepaald punt het limiet overschrijden, waardoor de interne krachten sterk genoeg worden om één van twee mogelijke fenomenen te veroorzaken. Dit hangt af van de samenstelling van de kern van de ster. Als daar voornamelijk zuurstof en koolstof zit, zal de ster heet genoeg worden voor een fusiereactie met koolstof. Een supernova is daarvan het resultaat. Als er voornamelijk neon en maar een beetje koolstof in de kern zit, dan zal de zwaartekracht uiteindelijk te groot worden voor de ster, met implosie als gevolg. Een nog dichter hemellichaam zal dan gevormd worden: een neutronenster.

Op dit moment kunnen astronomen er op geen manier achterkomen wat er precies in de kern van de witte dwerg zit. Ze hebben dus ook geen idee wat er zal gebeuren zodra RX J0045.4 aan het einde van zijn leven komt. Hoe dan ook zal dit binnen minder dan een miljoen jaar gebeuren. Op dit moment kunnen wetenschappers weinig meer dan kijken naar de explosies die zich bij de ster vertonen.

Deze explosies maken het voor theoretische natuurkundigen ook erg de moeite waard om naar de ster te kijken. Bildsten legt uit dat als een ster theoretisch iedere duizend jaar zo'n explosie zal vertonen, het weinig zin heeft om daarop te wachten. Maar als het telkens binnen een jaar gebeurt, hebben astronomen opeens de beschikking over bergen aan data om te bestuderen.

Daarmee zullen ze tot nieuwe inzichten komen over hoe supernova's, en sterren in het algemeen, werken. "Als we zeker weten dat ze ieder jaar te zien zijn, dan wordt het leven als wetenschapper net een stukje makkelijker," aldus Bildsten.

Beeld: NASA, ESA, J. Dalcanton (University of Washington, USA), B. F. Williams (University of Washington, USA), L. C. Johnson (University of Washington, USA), the PHAT team, and R. Gendler.