Astronomen hebben een witte dwerg ontdekt die zo massief is dat hij zou kunnen instorten

Astronomen hebben de kleinste en grootste witte dwerg ooit ontdekt. De smeulende sintel, die ontstond toen twee minder massieve, zware witte dwergen samensmolten, “pakt meer massa dan onze zon in een object ter grootte van onze maan”, zegt Ilaria Caiso, een postdoc van Sherman Fairchild. Theoretisch astrofysicus bij Caltech en hoofdauteur van de nieuwe studie die verschijnt in het nummer van 1 juli van het tijdschrift natuur. “Het lijkt misschien contra-intuïtief, maar kleinere witte dwergen zijn massiever. Dit komt door het feit dat witte dwergen de nucleaire verbranding missen die normale sterren tegen hun eigen zwaartekracht houdt, en in plaats daarvan wordt hun grootte gereguleerd door de kwantummechanica.”

De ontdekking werd gedaan door de Zwicky Transient Facility, of ZTF, die werkt bij Caltech’s Palomar Observatory. Twee Hawaiiaanse telescopen – het WM Keck Observatory in Maunakea, Hawaii Island en de Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) van de University of Hawaii Institute for Astronomy in Haleakala, Maui – hielpen de dode ster te onderscheiden, samen met de 200-inch Hill Telescope in Palomar, het European Gaia Space Observatory en NASA’s Neil Gehrells Swift Observatory.

Witte dwergen zijn de ingestorte overblijfselen van sterren die ooit acht keer zo zwaar of lichter waren dan onze zon. Onze zon, bijvoorbeeld, zal, nadat hij in ongeveer 5 miljard jaar voor het eerst in een rode reus is uitgespuugd, uiteindelijk zijn buitenste lagen afwerpen en krimpen tot een compacte witte dwerg. Ongeveer 97 procent van alle sterren worden witte dwergen.

Terwijl onze zon alleen in de ruimte is zonder een stellaire partner, draaien veel sterren in paren om elkaar heen. Sterren verouderen samen, en als beide minder dan acht zonsmassa’s zijn, zullen beide evolueren tot witte dwergen.

Astronomen hebben een stellair lichaam ontdekt dat bekend staat als een witte dwerg, ongeveer zo groot als de maan van de aarde. De breedte van de witte dwerg is ongeveer 4.300 km, terwijl de breedte van de maan 3.500 km is. In deze artistieke voorstelling is de witte dwerg boven de maan afgebeeld; In feite bevindt de witte dwerg zich op 130 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Aquila. Krediet: Giuseppe Baresi

De nieuwe ontdekking geeft een voorbeeld van wat er na deze fase kan gebeuren. De paren witte dwergen, die om elkaar heen draaien, verliezen energie in de vorm van zwaartekrachtsgolven en versmelten uiteindelijk. Als dode sterren massief genoeg zijn, exploderen ze in wat een Type Ia-supernova wordt genoemd. Maar als ze zich onder een bepaalde massadrempel bevinden, smelten ze samen tot een nieuwe witte dwerg die zwaarder is dan al zijn voorgangers. Deze samensmelting versterkt het magnetische veld van deze ster en versnelt zijn rotatie in vergelijking met zijn voorgangers.

Astronomen zeggen dat de nieuw ontdekte kleine witte dwerg, genaamd ZTF J1901 + 1458, het laatste pad van evolutie heeft genomen. Zijn voorouders fuseerden tot een witte dwerg met een massa van 1,35 keer de massa van onze zon. De witte dwerg heeft een intens magnetisch veld dat ongeveer een miljard keer sterker is dan onze zon en beweegt om zijn as met een razend tempo van één omwenteling elke zeven minuten (de meest plattere witte dwerg die we kennen, EPIC 228939929 genaamd, draait elke 5,3 minuten).

“We hebben dit zeer interessante object gevangen dat niet massief genoeg was om te exploderen”, zegt Kiazzo. “We zijn echt aan het onderzoeken hoe groot een witte dwerg is.”

Bovendien geloven Chiazu en haar medewerkers dat een compacte witte dwerg massief genoeg zou kunnen zijn om te evolueren tot een dode neutronenrijke ster, of neutronenster, die typisch ontstaat wanneer een ster die veel groter is dan onze zon in een supernova explodeert.

“Dit is zeer speculatief, maar het is mogelijk dat de witte dwerg groot genoeg is om verder in te storten tot een neutronenster”, zegt Chiazu. Ze zijn zo massief en dicht dat elektronen in hun kernen worden opgevangen door protonen in kernen om neutronen te vormen. Omdat de druk van de elektronen tegen de zwaartekracht drukt, die de ster intact houdt, stort de kern in als er te veel elektronen worden verwijderd.”

Als de hypothese van de vorming van neutronensterren correct is, zou dit kunnen betekenen dat een aanzienlijk deel van andere neutronensterren op deze manier wordt gevormd. De nabijheid van het nieuw ontdekte object (ongeveer 130 lichtjaar) en zijn jonge leeftijd (ongeveer 100 miljoen jaar of minder) suggereren dat soortgelijke objecten vaker in onze melkweg kunnen voorkomen.

magnetisch en snel

De witte dwerg werd voor het eerst opgemerkt door Caiazzo-collega Kevin Bridge, een postdoctoraal onderzoeker van Caltech, na onderzoek naar luchtfoto’s gemaakt door ZTF. Deze specifieke witte dwerg viel, wanneer geanalyseerd in combinatie met gegevens van Gaia, op als extreem massief en met een snelle rotatie.

“Niemand is tot nu toe in staat geweest om astronomische fenomenen op korte tijdschaal systematisch op deze schaal te onderzoeken. De resultaten van deze inspanningen zijn verbluffend”, zegt Burridge, die het team leidde dat in 2019 ontdekte. Elke zeven minuten draaien een paar witte dwergen om elkaar heen.

Het team analyseerde vervolgens het spectrum van de ster met behulp van de Keck Observatory’s Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) toen Caiazzo vingerafdrukken van een zeer sterk magnetisch veld schokte en zich realiseerde dat zij en haar team iets ‘heel bijzonders’ hadden gevonden, zegt ze. De sterkte van het magnetische veld, samen met de rotatiesnelheid van het object van zeven minuten, suggereert dat het het resultaat was van twee kleinere witte dwergen die samensmolten tot één.

Gegevens van Swift, die ultraviolet licht bewaakt, hielpen bij het bepalen van de grootte en massa van de witte dwerg. Met een diameter van 2.670 mijl stelt de ZTF J1901 + 1458 de titel voor de kleinste bekende witte dwerg veilig en verslaat hij eerdere recordhouders, RE J0317-853 en WD 1832 + 089, elk met een diameter van ongeveer 3.100 mijl.

In de toekomst hoopt Caiazzo ZTF te gebruiken om meer van dit soort witte dwergen te vinden en, in het algemeen, om de populatie als geheel te bestuderen. “Er zijn veel vragen die moeten worden beantwoord, zoals wat is de snelheid waarmee witte dwergen in de melkweg samensmelten, en is het voldoende om het aantal Type Ia-supernova’s te verklaren? Hoe wordt een magnetisch veld gecreëerd bij deze sterke gebeurtenissen, en waarom is er zo’n diversiteit in magnetische veldsterkte onder dwergen? “Witte dwergen? Het vinden van een groot aantal witte dwergen geboren uit fusies zal ons helpen al deze vragen en meer te beantwoorden.”

Referentie: “Een sterk gemagnetiseerde, snel draaiende witte dwerg zo klein als de maan” door Ilaria Kaizo, Kevin B. Bridge, James Fuller, Jeremy Hill, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Dowef, Matthew J. Graham, George Helu, Ashish A Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith en Mayan T. Somagnac, 30 juni 2021, hier beschikbaar. natuur.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

De studie, getiteld “Een sterk gemagnetiseerde, snel draaiende witte dwerg zo klein als de maan”, werd gefinancierd door de Rose Hills Foundation, de Alfred P. Sloan Foundation, NASA, de Heising-Simons Foundation en de AF Morrison Lick Fellowship . The Observatory, de NSF en de Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada.

Over LRIS

De Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) is een zeer gevoelige en veelzijdige beeldvormings- en spectrometer voor zichtbare golflengten die bij Caltech werd gebouwd door een team onder leiding van professoren Bev Oak en professor Judy Cohen en in 1993 in gebruik werd genomen. zijn mogelijkheden verbeteren: de toevoeging van een arm Een tweede blauw geoptimaliseerd voor kortere golflengten van licht en installatie van meer gevoelige detectoren op de langste (rood). Elke arm is geoptimaliseerd voor de golflengten die hij bestrijkt. Dit grote bereik van golflengtedekking, gecombineerd met de hoge gevoeligheid van het instrument, maakt de studie van alles mogelijk, van kometen (die interessante eigenschappen hebben in het ultraviolette deel van het spectrum), tot blauw licht van stervorming, tot rood licht van zeer verre objecten. . LRIS registreert ook de spectra van maximaal 50 objecten tegelijk, wat vooral handig is voor onderzoek naar clusters van sterrenstelsels in de verste en vroegste tijden van het universum. LRIS werd gebruikt om verre supernova’s te observeren door astronomen die in 2011 de Nobelprijs voor natuurkunde ontvingen voor onderzoek waaruit bleek dat het universum zijn uitdijing versnelt.

Over het WM Keck Observatorium

De telescopen van het WM Keck Observatory behoren tot de meest productieve wetenschappelijke telescopen op aarde. De twee optische/infraroodtelescopen 10 meter boven Maunakea op het eiland Hawai Hawi beschikken over een reeks geavanceerde instrumenten, waaronder imagers, multi-body spectrofotometers, spectrofotometers met hoge resolutie, geïntegreerde spectrometers en toonaangevende adaptieve steropticasystemen. . Sommige van de hier gepresenteerde gegevens zijn verkregen van het Keck Observatory, een 501(c)3 non-profitorganisatie die fungeert als een wetenschappelijk partnerschap tussen Caltech, de University of California en de National Aeronautics and Space Administration. Het observatorium werd mogelijk gemaakt door de genereuze financiële steun van de WM Keck Foundation. De auteurs willen de zeer belangrijke en gerespecteerde culturele rol erkennen en erkennen die Maunakea altijd heeft gehad binnen de inheemse Hawaiiaanse gemeenschap. We hebben het geluk dat we vanaf deze berg waarnemingen kunnen doen.