National Aeronautics and Space Administration

• Geavanceerd
• Basis

Waar komen witte dwergen vandaan?

Waar een ster aan het einde van zijn leven terechtkomt, hangt af van de massa waarmee hij werd geboren. Sterren met veel massa kunnen hun leven beëindigen als zwarte gaten of neutronensterren. Een ster met een lage of gemiddelde massa (met een massa van minder dan ongeveer 8 keer de massa van onze zon) zal een witte dwerg worden. Een typische witte dwerg is ongeveer even massief als de zon, maar slechts iets groter dan de aarde. Dit maakt witte dwergen een van de dichtste vormen van materie, alleen overtroffen door neutronensterren en zwarte gaten.

Zwart gat	Neutronenster	Witte dwerg

Middelzware sterren, zoals onze zon, leven door de waterstof in hun kernen samen te smelten tot helium. Dit is wat onze zon nu doet. De warmte die de zon genereert door de kernfusie van waterstof tot helium zorgt voor een naar buiten gerichte druk. Over nog eens 5 miljard jaar heeft de zon alle waterstof in zijn kern opgebruikt.

Deze situatie in een ster is vergelijkbaar met een snelkookpan. Door iets in een afgesloten bakje te verwarmen, ontstaat er druk. Hetzelfde gebeurt in de zon. Hoewel de zon niet strikt een verzegelde container is, zorgt de zwaartekracht ervoor dat ze als zodanig werkt en de ster naar binnen trekt, terwijl de druk die door het hete gas in de kern wordt gecreëerd, naar buiten duwt. De balans tussen druk en zwaartekracht is erg delicaat.

Wanneer de zon geen waterstof meer heeft om te smelten, valt de balans om in de gunst van de zwaartekracht en begint de ster in te storten. Maar door een ster te verdichten, warmt hij weer op en kan hij het kleine beetje waterstof dat overblijft in een om zijn kern gewikkeld omhulsel samensmelten.

(Betelgeuze)
15 januari 1996, Hubble-ruimtetelescoop legt eerste directe afbeelding van een ster vast, A. Dupree (CfA) en NASA.

Deze brandende schil van waterstof zet de buitenste lagen van de ster uit. Wanneer dit gebeurt, wordt onze zon een rode reus; het zal zo groot zijn dat Mercurius volledig wordt ingeslikt!

Wanneer een ster groter wordt, verspreidt zijn warmte zich, waardoor de algehele temperatuur lager wordt. Maar de kerntemperatuur van onze rode reuzenzon stijgt totdat het eindelijk heet genoeg is om het helium dat ontstaat uit de waterstoffusie te smelten. Uiteindelijk zal het helium in koolstof en andere zwaardere elementen worden omgezet. De zon zal slechts een miljard jaar als een rode reus, in tegenstelling tot de bijna 10 miljard die hij bezig was met het verbranden van waterstof.

We weten al dat middelgrote sterren, zoals onze zon, rode reuzen worden. Maar wat gebeurt er daarna? Onze rode reus Zon zal nog steeds helium omhoog en koolstof uitzwaait. Maar wanneer het zijn helium heeft opgebruikt, is het niet helemaal heet genoeg om de koolstof die het heeft gemaakt te kunnen verbranden. Wat nu?

Sinds onze zon heeft gewonnen Als het niet heet genoeg is om de koolstof in zijn kern te doen ontbranden, zal hij weer bezwijken voor de zwaartekracht. Wanneer de kern van de ster samentrekt, zal er energie vrijkomen die de omhulling van de ster doet uitzetten. Nu is de ster een nog grotere reus geworden dan voorheen! De straal van onze zon zal groter worden dan de baan van de aarde!

De zon zal op dit punt niet erg stabiel zijn en zal massa verliezen. Dit gaat door totdat de ster uiteindelijk zijn buitenste lagen eraf blaast. De kern van de ster blijft echter intact en wordt een witte dwerg. De witte dwerg wordt omgeven door een uitdijende gasschil in een object dat bekend staat als een planetaire nevel. Ze worden zo genoemd omdat vroege waarnemers dachten dat ze op de planeten Uranus en Neptunus leken. Er zijn enkele planetaire nevels die kunnen worden bekeken door een telescoop in de achtertuin. In ongeveer de helft daarvan is de centrale witte dwerg te zien met een telescoop van gemiddelde grootte.

Planetaire nevels lijken de overgang te markeren van een middelgrote ster van rode reus naar witte dwerg. Sterren die qua massa vergelijkbaar zijn met onze zon, zullen binnen 75.000 jaar na het uitblazen van hun envelop witte dwergen worden. Uiteindelijk zullen ze, net als onze zon, afkoelen, warmte uitstralen naar de ruimte en vervagen tot zwarte brokken koolstof. Het kan 10 miljard jaar duren, maar onze zon zal op een dag het einde van de lijn bereiken en stilletjes een zwarte dwerg worden.

Witte dwergen kunnen ons vertellen over de ouderdom van het heelal. Als we de tijd kunnen schatten die een witte dwerg nodig heeft om af te koelen tot een zwarte dwerg, zou dat ons een ondergrens geven voor de leeftijd van het heelal en onze melkweg. Maar omdat het miljarden jaren duurt voordat witte dwergen afkoelen, zouden we denk niet dat het universum nog oud genoeg is om vele, zo er al, witte dwergen zwarte dwergen te laten zijn.Het vinden van zwarte dwergen zou ons begrip van het afkoelingsproces bij witte dwergen zeker veranderen.

Observaties van witte dwergen

De pijl wijst naar de witte dwerg, Sirius B, naast de grote Sirius A.

Er zijn verschillende manieren om witte dwergsterren te observeren. De eerste witte dwerg die werd ontdekt, werd gevonden omdat het een begeleidende ster is voor Sirius, een heldere ster in het sterrenbeeld Canis Major. In 1844 merkte astronoom Friedrich Bessel op dat Sirius een lichte heen en weer beweging maakte, alsof hij in een baan om een onzichtbaar object cirkelde. In 1863 ontdekte de opticien en telescoopmaker Alvan Clark dit mysterieuze object. Deze metgezelster werd later vastgesteld als een witte dwerg. Dit paar wordt nu Sirius A en B genoemd, waarbij B de witte dwerg is. De omlooptijd van dit systeem is ongeveer 50 jaar.

Omdat witte dwergen erg klein zijn en dus erg moeilijk te detecteren, zijn binaire systemen een handige manier om ze te lokaliseren. Net als bij het Sirius-systeem, als een ster een soort onverklaarbare beweging lijkt te hebben, kunnen we ontdekken dat de enkele ster in werkelijkheid een meervoudig systeem is. Bij nadere inspectie kunnen we ontdekken dat hij een witte dwerg metgezel heeft.

De Hubble Ruimtetelescoop, met zijn 2,4 meter hoge spiegel en geavanceerde optiek, heeft met succes witte dwergen bekeken met zijn Wide Field en Planetaire Camera. In augustus 1995 observeerde deze camera meer dan 75 witte dwergen in de bolhoop M4 in het sterrenbeeld Scorpius. Deze witte dwergen waren zo zwak dat de helderste niet meer licht gaf dan een gloeilamp van 100 watt die op de maan te zien was. M4 bevindt zich op 7.000 lichtjaar afstand, maar is de dichtstbijzijnde bolvormige sterrenhoop bij de aarde. Hij is ook ongeveer 14 miljard jaar oud , en dat is de reden waarom zoveel van zijn sterren aan het einde van hun leven staan.

ROSAT-afbeelding van HZ 43

Optische telescopen zijn niet de enige manier om witte dwergen te bekijken. De witte dwerg HZ 43 werd waargenomen door de röntgensatelliet ROSAT. Röntgenstralen komen van binnenuit het zichtbare oppervlak van de witte dwerg. Dit gebied is erg dicht en kan bij een zeer jonge witte dwerg tot wel 100.000 graden zijn. Een witte dwerg. buitenste lagen bevatten alleen helium en waterstof en zijn dus essentieel y transparant voor de röntgenstralen die worden uitgezonden door de veel heter binnenste lagen.

Laatst gewijzigd: december 2006