Witte dwergsterren komen veel voor in het heelal. Maar een witte dwergster die zo zwaar en klein is als ZTF J190132.9+145808.7 (ZTF) is nog niet eerder ontdekt.

Wat is een witte dwergster en hoe ontstaat deze?

Een witte dwerg is één van de mogelijke eindstadia waar een ster in terecht kan komen. In de kern van dit soort sterren zal geen kernfusie meer plaatsvinden. Kernfusie in een ster is het fenomeen waarbij twee waterstof atomen met elkaar fuseren tot één helium atoom, hierbij ontstaat tevens heel veel energie. Ook onze Zon zal hoogstwaarschijnlijk eindigen als een witte dwerg.

Wanneer al het waterstof en helium in de kern van een ster op is, stort de ster ineen. In schillen buiten de kern waar nog genoeg waterstof en helium aanwezig is, kan de kernfusie door gaan. Het gevolg hiervan is dat de ster heel erg opzwelt. Hierbij kan de straal ongeveer 250 keer zo groot worden als oorspronkelijk. Op dit moment heet de ster een rode reus. In deze fase zijn ook de sterrenwinde vele malen heftiger dan dat ze normaal zijn. Een ster verliest door deze winde al gauw 1/3 van zijn massa.

Wanneer de buitenste laag is afgestoten, blijft er een kern over van kool- en zuurstof atomen. Om de kern heen zit nog een kleine buitenlaag van andere elementen. Er vindt nu geen kernfusie meer plaats en de ster zal nu instorten tot een dwergster. De enorme hoeveelheid massa bevindt zich nu in een bol met een straal van enkele duizenden kilometers. De temperatuur van een dwergster kan wel oplopen tot een koele 100.00 °C. Door de hoge temperatuur blijft de ster nog miljarden jaren lang zijn warmte afgeven.

Van Zon naar rode reus naar witte dwergster
Impressie van de evolutie van de Zon (links) naar een rode reus (midden) tot een witte dwergster (rechts). Let op dat dit niet op schaal is. Credit: NASA

Waarom is de gevonden witte dwerg zo speciaal?

In het wetenschappelijk blad Nature wordt duidelijk dat deze witte dwergster, ZTF J190132.9+145808.7 (wat een naam), ongeveer net zo groot is als de Maan. Wetenschappers hebben berekent dat de massa van deze dwergster bijna maximaal is voor zijn soort. Zou de dwerg zwaarder zijn, dan zou deze instorten tot een neutronenster. Dit is een ster die alleen maar bestaat uit neutronen (kleine neutrale deeltjes).

Het klinkt misschien wat atypisch dat de zwaarste dwergster ook de kleinste is. Dat werkt zo: Hoe zwaarder de ster is, hoe groter de zwaartekracht. De materie wilt graag naar elkaar toe. Hierdoor krimpt de ster. Op een bepaald punt wordt de gravitatiekracht opgeheven door kernfusie die een kracht naar buiten uitvoert.

Dit gebeurt echter niet bij witte dwergsterren. Wanneer een witte dwergster heel klein wordt, duiken er andere krachten op. Twee deeltjes willen graag uit elkaar blijven. Als een ster instort, komen deeltjes echter dichter bij elkaar. Ook de uitstotende kracht tussen de deeltjes neemt hierdoor toen. Op een bepaald punt zijn de twee krachten even sterkt en zorgen ervoor dat de witte dwergster stabiel blijft. Een zwaardere witte dwergster is dus per definitie ook kleiner.

Eigenschappen van de ZTF dwergster

ZTF is 1,3 keer zo zwaar als de Zon. Dit is voor een witte dwergster heel erg zwaar. Veel zwaarder kunnen dit soort sterren namelijk niet worden. Verder heeft de dwergster een enorm magnetisch veld, wel 1 miljard keer zo sterk als dat van de zon. Verder draait de kleine ster enorm snel om zijn eigen as. De dwerg ster draait in 24 uur wel 206 keer om zichzelf heen. De temperatuur is ook niet om mee te spotten. Maar liefst 46.000°C, dit is 8x zo heet als de Zon. En dan de hamvraag: hoe zwaar zou je zijn als je op ZTF zou staan? Ondanks dat je het niet zou overleven zou je ongeveer 100.000.000 (100 miljoen) kilogram wegen.

De ZTF witte dwergster is maar 135 lichtjaar van ons verwijderd. In de ruimte is dit heel dichtbij. Er zullen waarschijnlijk veel meer van dit soort kleine zware sterren zijn. Het is echter heel erg lastig om deze ook te vinden. Dwergsterren zijn heel erg klein. Zo klein dat je ze bijna niet ziet. Het is alsof je een mier op de maan probeert te zien.

Hoe is de witte dwergster ZTF ontstaan?

Veel sterren draaien om elkaar heen. Dan heb te maken met een zogenaamde dubbelster. ZTF J190132.9+145808.7 is ontstaan nadat zo een systeem samensmolt op 130 lichtjaar afstand van de Aarde. Twee witte dwergsterren die om elkaar heen draaien verliezen energie doordat ze zwaartegolven maken. Dit zijn golven die de ruimte en tijd krommen. Dit klinkt ingewikkeld. Maar denk aan een bed waar je een bal op legt. Er zal nu een soort gat in het bed ontstaan. Een zwaartekracht golf is niks anders, alleen verplaatst zich deze naar buiten.

Gravitatie golven ontstaan wanneer twee sterren samen smelten
Afbeelding van twee samensmeltende sterren die gravitatie golven produceren.

Het verliezen van energie gaat gepaard met een kleinere straal waarmee de sterren om elkaar heen draaien. Uiteindelijk zullen de dwergen met elkaar samensmelten. Dat is ook gebeurd met de bijzondere witte dwergster ZTF huppeldepup. Door de samensmelting is deze ster zo enorm zwaar geworden en draait het heel snel om zijn as.

Was ZTF iets zwaarder geweest, dan had de overgebleven ster ook kunnen exploderen in een supernova. Als deze nog wat zwaarder was geweest, had het zelfs kunnen ineenstorten tot een zwart gat. Dit is niets anders dan een ster waar de gravitatiekracht zo groot is, dat er geen andere kracht tegenop kan om de ster stabiel te houden. Het stort in tot één oneindig klein punt waar zelfs licht niet uit kan ontsnappen.

Bekijk ook mijn blog over supernova´s en zwarte gaten mocht hier meer over te weten willen komen.

De toekomst van ZTF

In de kern van de witte dwergster kunnen eventueel protonen (+) en elektronen (-) met elkaar fuseren tot de neutrale neutronen. Wanneer dit gebeurt ontstaat er een neutronenster. Normaal ontstaan deze alleen wanneer sterren die vele malen massiever zijn dan de Zon in elkaar storten. Of dit gebeurt is pure speculatie. Maar er zijn genoeg redenen om dit fenomeen in de gaten te blijven houden.