Gegevens van ESA's Gaia-ruimtevaartuig toonden voor het eerst aan hoe witte dwergen, de dode overblijfselen van sterren zoals onze zon, in vaste bollen veranderen nadat het hete gas erin is afgekoeld.
Dit proces van stolling of kristallisatie van materiaal in witte dwergen werd 50 jaar geleden voorspeld, maar astronomen hebben niet genoeg van deze objecten kunnen observeren om een monster te zien dat dit proces onthult.
"Vroeger hadden we maar een paar honderd witte dwergen en velen van hen bevonden zich in clusters van ongeveer dezelfde leeftijd", zegt Pierre-Emmanuel Tremblay van de Universiteit van Warwick, VK, hoofdauteur van het artikel waarin de resultaten worden beschreven.
Met de hulp van Gaia hebben we meer informatie gekregen. Er is veel data ontvangen van verschillende objecten met verschillende afstanden, helderheid en kleur. Dit zijn honderdduizenden witte dwergen in de buitenschijf van de Melkweg, met verschillende massa's en verschillende leeftijden.
Door de afstand tot deze sterren nauwkeurig in te schatten, maakt Gaia een doorbraak, waardoor astronomen hun ware helderheid met ongekende precisie kunnen meten.
(De hoofdfoto toont een witte dwerg, een dood overblijfsel van een ster zoals onze zon, met een gekristalliseerde vaste kern.)
Witte dwergen zijn de overblijfselen van middelgrote sterren die lijken op onze zon. Nadat deze sterren alle nucleaire brandstof in hun kern hadden verbrand, lieten ze hun buitenste lagen los en lieten een hete kern achter die begint af te koelen.
Deze superdense overblijfselen zenden nog steeds warmtestraling uit terwijl ze afkoelen en zijn voor astronomen zichtbaar als nogal zwakke objecten. Geschat wordt dat tot 97% van de sterren in de Melkweg uiteindelijk in witte dwergen zal veranderen, terwijl de meest massieve neutronensterren of zwarte gaten zullen blijken te zijn.
Promotie video:
Het afkoelen van witte dwergen kost miljarden jaren. Zodra ze een bepaalde temperatuur hebben bereikt, begint de aanvankelijk hete materie in de kern van de ster te kristalliseren en vast te worden. Het proces is vergelijkbaar met de omzetting van vloeibaar water in ijs op aarde bij nul temperaturen, behalve dat de temperatuur waarbij deze stolling optreedt bij witte dwergen extreem hoog is -
ongeveer 10 miljoen graden Celsius.
In deze studie analyseerden astronomen meer dan 15.000 kandidaat-sterresten op 300 lichtjaar van de aarde. Gaia was in staat om deze kristalliserende witte dwergen als een aparte groep te zien.
"We zagen een groot aantal witte dwergen in verschillende kleuren en schakeringen die qua evolutie niet aan elkaar gerelateerd waren", zegt Pierre-Emmanuel.
“We realiseerden ons dat dit geen aparte populatie witte dwergen is, maar het afkoeling- en kristallisatie-effect dat 50 jaar geleden werd voorspeld."
De warmte die vrijkomt tijdens dit kristallisatieproces, dat enkele miljarden jaren duurt, lijkt de evolutie van witte dwergen te vertragen.
"Witte dwergen worden van oudsher gebruikt voor de datering van sterrenpopulaties zoals sterrenhopen", legt Pierre-Emmanuel uit.
“We moeten nu betere kristallisatiemodellen ontwikkelen om nauwkeurigere schattingen te krijgen van de ouderdom van deze systemen."
Niet alle witte dwergen kristalliseren in dezelfde mate. Zwaardere sterren koelen sneller af en bereiken temperaturen waarbij kristallisatie in ongeveer een miljard jaar plaatsvindt. Witte dwergen met een lagere massa, dichter bij het verwachte eindstadium van de zon, koelen langzamer af en het duurt tot zes miljard jaar voordat ze in dode, vaste bollen veranderen.
De zon heeft nog ongeveer vijf miljard jaar voordat ze een witte dwerg wordt, en astronomen schatten dat het daarna nog vijf miljard jaar zal duren om uiteindelijk af te koelen tot een kristallijne bol.
"Dit resultaat onderstreept de veelzijdigheid van Gaia en zijn vele toepassingen", zegt Timo Prusti, Project Gaia Scientist bij ESA.
