Van Star tot White Dwarf the Saga of a Sun-like Star

Witte dwergen zijn nieuwsgierige objecten. Ze zijn klein en niet erg massief (vandaar het "dwerg" deel van hun namen) en ze stralen voornamelijk wit licht uit. Astronomen noemen ze ook "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 van hen begonnen als sterren vergelijkbaar met onze eigen zon. Het lijkt nogal vreemd dat onze zon op de een of andere manier een rare, krimpende mini-ster zou worden, maar het zal miljarden jaren vanaf nu gebeuren. Astronomen hebben deze rare kleine objecten overal in de melkweg gezien. Ze weten zelfs wat er met hen zal gebeuren als ze afkoelen: ze worden zwarte dwergen. 

Een artist impression van een witte dwergster in een baan met pulsar PSR J2222-0137. Het is misschien de coolste en zwakste witte dwerg die ooit is geïdentificeerd. (Grotere versie beschikbaar op: https://public.nrao.edu/images/non-gallery/2014/c-blue/06-23/ColdRemnant.jpg). B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

The Lives of the Stars

Om witte dwergen en hun vorm te begrijpen, is het belangrijk om de levenscycli van sterren te kennen. Het algemene verhaal is vrij eenvoudig. Deze gigantische ziedende ballen van oververhitte gassen vormen zich in wolken van gas en schijnen door de energie van kernfusie. Ze veranderen gedurende hun leven en doorlopen verschillende en zeer interessante fasen. Ze brengen het grootste deel van hun leven waterstof om in helium en produceren warmte en licht. Astronomen brengen deze sterren in kaart in een grafiek die de hoofdreeks wordt genoemd en die laat zien in welke fase ze zich bevinden in hun evolutie.

De zon zal op een dag evolueren naar een witte dwerg. NASA / SDO

Zodra sterren een bepaalde leeftijd hebben, gaan ze over naar nieuwe fasen van het bestaan. Uiteindelijk sterven ze op de een of andere manier en laten ze fascinerende stukjes bewijs over zichzelf achter. Er zijn een paar echt exotisch objecten die echt massieve sterren 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 zijn massa. Een high-mass star-one met acht of meer keer de massa van de zon gedurende de tijd dat hij op de hoofdreeks staat - zal exploderen als een supernova en een neutronenster of zwart gat creëren. Onze zon is geen massieve ster, dus worden sterren, en zeer vergelijkbaar met het, witte dwergen, en dat omvat de zon, sterren met een lagere massa dan de zon, en anderen die ergens tussen de massa van de zon en die van de superreuzen.

Massieve sterren sterven in supernova-explosies zoals deze. De overblijfselen van deze ster vormen geen witte dwerg, maar hebben in plaats daarvan een roterende neutronenster gecreëerd die een pulsar wordt genoemd. Hubble Space Telescope's weergave van het overblijfsel van de supernova van de krabnevel. NASA / ESA / STScI

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 te smelten tot koolstof en zuurstof (de volgende stap na waterstoffusie). Als de waterstofbrandstof van een ster met een lage massa op is, kan de kern het gewicht van de lagen erboven niet weerstaan ​​en stort het allemaal naar binnen. Wat er van de ster overblijft, wordt dan samengedrukt in een heliumwitte dwerg - een object dat hoofdzakelijk uit helium-4-kernen bestaat

Hoe lang een ster overleeft, is recht evenredig met zijn massa. De sterren met een lage massa die heliumwitte dwergsterren worden, zouden langer dan de leeftijd van het universum nodig hebben om hun uiteindelijke toestand te bereiken. Ze koelen heel, heel langzaam. Daarom heeft nog niemand iemand echt helemaal afgekoeld gezien, en deze vreemde sterren zijn 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 soort massaverlies verantwoordelijk is voor hun creatie, of op zijn minst 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 bekend als gedegenereerde dwergen, zijn de eindpunten van sterren met hoofdreeksmassa's tussen 0,5 en 8 zonnemassa's. Net als onze zon brengen deze sterren het grootste deel van hun leven door met het smelten van waterstof tot helium in hun kernen.

Onze ster zal opzwellen om een ​​rode reus te worden op weg om een ​​witte dwerg te worden omringd door een planetaire nevel. B. Jacobs / Wikimedia Commons

Als hun waterstofbrandstof op is, worden de kernen samengedrukt en groeit de ster uit tot een rode reus. Het warmt de kern op totdat helium samensmelt om koolstof te maken. Wanneer het helium op is, begint de koolstof te smelten om zwaardere elementen te creëren. De technische term voor dit proces is het "triple-alpha-proces:" twee heliumkernen smelten samen om beryllium te vormen, gevolgd door de fusie van een extra helium waardoor koolstof ontstaat.)

Zodra alle helium in de kern is versmolten, zal de kern opnieuw samendrukken. De kerntemperatuur wordt echter niet heet genoeg om koolstof of zuurstof te laten smelten. In plaats daarvan "verstijft" het, en de ster komt in een tweede rode gigantische fase. Uiteindelijk worden de buitenste lagen van de ster zachtjes weggeblazen en vormen een planetaire nevel. Wat achterblijft 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. 

Er is een witte dwerg in het hart van de Ringnevel. Dit is een Hubble Space Telescope-afbeelding. De ringnevel bestaat uit een witte dwerg in het midden van een zich uitbreidende schil van gassen die door de ster worden uitgestoten. Het is mogelijk dat onze ster zo eindigt. NASA / ESA / STScI.

The Deaths of White Dwarfs: Making Black Dwarfs

Wanneer een witte dwerg stopt met het opwekken van energie via kernfusie, is het technisch gezien niet langer een ster. Het is een stellair overblijfsel. Het is nog steeds hot, maar niet van de activiteit in zijn kern. Denk aan de laatste fasen van het leven van een witte dwerg als 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 massieve sterren exploderen als supernova's en laten neutronensterren en zwarte gaten achter.
• Sterren zoals de zon zullen evolueren naar witte dwergen.
• Een witte dwerg is het overblijfsel van een stellaire kern die al zijn buitenste lagen heeft verloren.
• Geen witte dwergen zijn volledig afgekoeld in de geschiedenis van het universum.

bronnen

• NASA, NASA, imagine.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 dwerg.

Uitgegeven door Carolyn Collins Petersen.