Witte dwergen zijn merkwaardige objecten. Ze zijn klein en niet erg massief (vandaar het 'dwerg'-deel van hun naam) en ze stralen voornamelijk wit licht uit. Astronomen noemen ze ook wel "gedegenereerde dwergen" omdat ze in feite de overblijfselen zijn van stellaire kernen die zeer dichte, "gedegenereerde" materie bevatten.
Veel sterren veranderen in witte dwergen als onderdeel van hun "ouderdom". De meeste zijn begonnen als sterren die lijken op onze eigen zon. Het lijkt nogal vreemd dat onze zon op de een of andere manier in een rare, krimpende mini-ster zou veranderen, maar het zal over miljarden jaren gebeuren. Astronomen hebben deze rare kleine objecten overal in de melkweg gezien. Ze weten zelfs wat er met ze zal gebeuren als ze afkoelen: het worden zwarte dwergen.
Het leven van de sterren
Om witte dwergen te begrijpen en hoe ze zich vormen, is het belangrijk om de levenscycli van sterren te kennen. Het algemene verhaal is vrij eenvoudig. Deze gigantische kokende ballen van oververhitte gassen vormen zich in gaswolken en schijnen door de energie van kernfusie. Ze veranderen gedurende hun hele leven en doorlopen verschillende en zeer interessante stadia. Ze brengen het grootste deel van hun leven door met het omzetten van waterstof in helium en het produceren van warmte en licht. Astronomen brengen deze sterren in kaart in een grafiek genaamd de hoofdreeks, die laat zien in welke fase ze zich in hun evolutie bevinden.
Zodra sterren een bepaalde leeftijd hebben bereikt, gaan ze over naar nieuwe fasen van het bestaan. Uiteindelijk sterven ze op de een of andere manier en laten ze fascinerende bewijzen over zichzelf achter. Er zijn een paar echt exotisch objecten die echt enorme sterren worden om te worden, zoals zwarte gaten en neutronensterren. Anderen beëindigen hun leven als een ander type object dat een witte dwerg wordt genoemd.
Een witte dwerg maken
Hoe wordt een ster een witte dwerg? Het evolutionaire pad hangt af van de massa. Een ster met een hoge massa - een met acht of meer keer de massa van de zon gedurende de tijd dat hij in de hoofdreeks staat - zal exploderen als een supernova en creëer een neutronenster of zwart gat. Onze zon is geen massieve ster, dus wordt het, en sterren die er erg op lijken, witte dwergen, en dat omvat de zon, sterren lagere massa dan de zon, en andere die ergens tussen de massa van de zon en die van de superreuzen.
Sterren met een lage massa (die met ongeveer de helft van de massa van de zon) zijn zo licht dat hun kerntemperaturen nooit heet genoeg worden om helium in koolstof en zuurstof te laten smelten (de volgende stap na waterstoffusie). Zodra de waterstofbrandstof van een ster met een lage massa opraakt, kan de kern het gewicht van de lagen erboven niet weerstaan en stort alles naar binnen in. Wat overblijft van de ster zal dan samendrukken tot een heliumwitte dwerg - een object dat voornamelijk bestaat uit helium-4-kernen
Hoe lang een ster overleeft, is recht evenredig met zijn massa. De lage massa sterren die heliumwitte dwergsterren worden, zouden langer duren dan de leeftijd van de universum om in hun uiteindelijke staat te komen. Ze koelen heel, heel langzaam af. Niemand heeft er dus echt een zien afkoelen en toch zijn deze excentrieke sterren vrij zeldzaam. Dat wil niet zeggen dat ze niet bestaan. Er zijn sommige kandidaten, maar ze verschijnen meestal in binaire systemen, wat suggereert dat een vorm van massaverlies verantwoordelijk is voor hun creatie, of in ieder geval voor het versnellen van het proces.
De zon wordt een witte dwerg
Wij Doen zie veel andere witte dwergen die hun leven begonnen als sterren meer als de zon. Deze witte dwergen, ook wel gedegenereerde dwergen genoemd, zijn de eindpunten van sterren met massa's van de hoofdreeks tussen 0,5 en 8 zonsmassa's. Net als onze zon brengen deze sterren het grootste deel van hun leven door met het fuseren van waterstof tot helium in hun kernen.
Zodra ze hun waterstofbrandstof opraken, worden de kernen samengedrukt en zet de ster uit tot een rode reus. Het verwarmt de kern totdat helium samensmelt om koolstof te creëren. Wanneer het helium opraakt, begint de koolstof te fuseren om zwaardere elementen te creëren. De technische term voor dit proces is het "triple-alpha-proces:" twee heliumkernen smelten samen tot beryllium, gevolgd door de fusie van een extra helium dat koolstof creëert.)
Zodra al het helium in de kern is gefuseerd, zal de kern weer samendrukken. De kerntemperatuur wordt echter niet heet genoeg om koolstof of zuurstof te laten samensmelten. In plaats daarvan "verstijft" het, en de ster komt een seconde binnen rode reus fase. Uiteindelijk worden de buitenste lagen van de ster voorzichtig weggeblazen en vormen ze een planetaire nevel. Wat overblijft is de koolstof-zuurstofkern, het hart van de witte dwerg. Het is zeer waarschijnlijk dat onze zon dit proces over een paar miljard jaar zal starten.
The Deaths of White Dwarfs: Making Black Dwarfs
Wanneer een witte dwerg stopt met het opwekken van energie via kernfusie, is het technisch gezien geen ster meer. Het is een geweldig overblijfsel. Het is nog steeds warm, maar niet vanwege de activiteit in de kern. Zie de laatste stadia van het leven van een witte dwerg meer als de stervende sintels van een vuur. Na verloop van tijd zal het afkoelen en uiteindelijk zo koud worden dat het een koude, dode sintel wordt, wat sommigen een "zwarte dwerg" noemen. Geen enkele bekende witte dwerg is zo ver gekomen. Dat komt omdat het miljarden en miljarden jaren duurt voordat het proces plaatsvindt. Omdat het universum slechts ongeveer 14 miljard jaar oud is, hebben zelfs de eerste witte dwergen niet genoeg tijd gehad om volledig af te koelen om zwarte dwergen te worden.
Belangrijkste leerpunten
- Alle sterren verouderen en evolueren uiteindelijk uit het bestaan.
- Zeer zware sterren exploderen als supernova's en laten neutronensterren en zwarte gaten achter.
- Sterren zoals de zon zullen evolueren tot witte dwergen.
- Een witte dwerg is het overblijfsel van een stellaire kern die al zijn buitenste lagen heeft verloren.
- Geen enkele witte dwerg is volledig afgekoeld in de geschiedenis van het universum.
Bronnen
- NASA, NASA, stel je voor.gsfc.nasa.gov/science/objects/dwarfs1.html.
- "Stellar Evolution", www.aavso.org/stellar-evolution.
- 'Witte dwerg | KOSMOS." Centrum voor astrofysica en supercomputing, astronomy.swin.edu.au/cosmos/W/white dwarf.
Bewerkt door Carolyn Collins Petersen.