Russische en buitenlandse astronomen hebben een buitengewoon ongebruikelijke "koolstof" -ster ontdekt in het sterrenbeeld Cassiopeia, die enkele tienduizenden jaren geleden ontstond als gevolg van de samensmelting van grote witte dwergen. In de nabije toekomst zal het exploderen en veranderen in een pulsar, volgens een artikel in het tijdschrift Nature Astronomy.
Witte dwergen zijn de overblijfselen van oude "uitgebrande" sterren met een kleine massa, verstoken van hun eigen energiebronnen. Witte dwergen verschijnen in het laatste stadium van de evolutie van sterren met een massa die de zonnemassa niet meer dan 10 keer overschrijdt. Uiteindelijk zal onze ster ook in een witte dwerg veranderen.
Astrofysici zijn om verschillende redenen geïnteresseerd in dergelijke "dode sterren". Ten eerste zijn ze de voorlopers van type I supernovae, die zeer nauwkeurige schattingen van afstanden in de ruimte mogelijk maken. Ten tweede bestaan ze uit exotische superdense materie, waarvan wetenschappers de eigenschappen en structuur nog niet volledig hebben begrepen.
Het antwoord op deze vraag is belangrijk omdat het bepaalt wat er moet gebeuren als witte dwergen samenkomen. Nu geloven wetenschappers dat als de gecombineerde massa van twee verouderde armaturen de zogenaamde Chandrasekhar-limiet overschrijdt, die 1,4 keer de massa van de zon is, het product van hun samensmelting onstabiel wordt en verandert in een ander type object.
Afhankelijk van de snelheid en andere parameters van de fusie, kan dit proces zowel een krachtige thermonucleaire explosie veroorzaken, een supernova van het eerste type, als leiden tot de vorming van een neutronenster.
Wetenschappers geloofden lange tijd dat de fusie van alle grote witte dwergen, waarvan de massa de Chandrasekhar-limiet aanzienlijk overschrijdt, bijna gegarandeerd eindigt in een supernova-explosie. Het geloof in dit idee werd in 2003 verbrijzeld toen astronomen uit de Verenigde Staten en Canada een buitengewoon ongebruikelijke flits in de lucht vastlegden. Het had alle kenmerken van een supernova van het eerste type, maar werd tegelijkertijd gegenereerd door een object waarvan de massa minstens twee keer groter was dan de massa van de zon.
De ontdekking ervan veroorzaakte veel controverse, aangezien de theorieën die toen bestonden niet het mechanisme van zijn geboorte niet konden verklaren, en het bestaan van een dergelijke uitbraak was in tegenspraak met het gevestigde idee dat alle supernovae van het eerste type dezelfde kracht en andere eigenschappen hebben die gebonden zijn aan de Chandrasekhar-limiet.
Gvaramadze en zijn collega's hebben een buitengewoon ongebruikelijke ster ontdekt, wiens bestaan een van de verklaringen ondersteunt voor hoe de uitbarsting van 2003 en verschillende andere abnormaal krachtige supernovae die in de daaropvolgende jaren werden geregistreerd, zouden kunnen hebben plaatsgevonden.
Promotie video:
Zoals astronomen uitleggen, zochten ze aanvankelijk niet naar witte dwergen en sporen van hun botsingen, maar naar nevels die in de laatste fase van hun leven in de buurt van grote verouderde sterren verschijnen. Om dit te doen, bestudeerden wetenschappers afbeeldingen van de nachtelijke hemel die waren gemaakt door de WISE infrarood-ronddraaiende telescoop en andere observatoria van dit type.
Hun aandacht werd getrokken door een kleine nevel J005311, ongeveer 10 duizend jaar van ons verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Cassiopeia. Toen Gvaramadze en zijn team probeerden de moederster te vinden met behulp van de BTA-telescoop van de Special Astrophysical Observatory in Nizhny Arkhyz, stonden ze voor een verrassing.
In het midden van deze nevel leefde een buitengewoon ongebruikelijke ster, uiterlijk vergelijkbaar met de zogenaamde Wolf-Rayet-sterren, de meest rusteloze en kortstondige sterren in het universum. Net als zijn vermeende "neven" was de ster in het midden van J005311 ongelooflijk heet - de oppervlaktetemperatuur bedroeg meer dan 200 duizend Kelvin. Tegelijkertijd gooide ze enorme hoeveelheden gas in de omgeving en versnelde het tot 16 duizend kilometer per seconde, of 5% van de lichtsnelheid.
Aan de andere kant was het ongeveer vier keer zwakker dan zelfs de meest bescheiden Wolf-Rayet-sterren, maar het spectrum was compleet anders dan zelfs de meest actieve vormen van dergelijke sterren. Bovendien bestond het interieur bijna volledig uit twee elementen: zuurstof en koolstof, terwijl waterstof en helium volledig afwezig waren in het interieur van J005311 en in zijn gasmantel.
Deze inconsistenties deden wetenschappers zich afvragen hoe zo'n object is ontstaan. Verwijzend naar het beroemde Hertzsprung-Russell-diagram, merkten Russische en buitenlandse astronomen op dat sterren die zijn gevormd als gevolg van de fusie van grote witte dwergen vergelijkbare eigenschappen zouden moeten hebben.
Theoretici hebben, zoals de onderzoekers opmerken, het bestaan van dergelijke objecten, waarvan de massa merkbaar hoger is dan de Chandrasekhar-limiet, lang voorspeld, maar tot nu toe heeft niemand ze gevonden.
Zoals uit deze berekeningen blijkt, kunnen dergelijke superzware objecten zich vormen als de ingewanden van witte dwergen snel genoeg worden verwarmd tijdens hun samensmelting. In dit geval heeft koolstof de tijd om te "ontbranden" in de ingewanden van de nieuwe ster, zelfs voordat deze sterk wordt samengedrukt.
Dit zal de thermonucleaire explosie stoppen, een kleine nevel creëren van gloeiende zuurstof en neon, en daarin zal een uniek superhot object verschijnen dat enkele tienduizenden jaren zal leven. Nadat de "herboren" ster al zijn koolstof- en zuurstofreserves heeft uitgeput, zal hij nog meer samentrekken, wat leidt tot de geboorte van een zwakke supernova en een kleine neutronenster.
Zoals de berekeningen van Gvaramadze en zijn collega's aantonen, zou dit in de zeer nabije toekomst moeten gebeuren. J005311 is nu ongeveer 16 duizend jaar oud, wat betekent dat het zich in de laatste fase van zijn "nieuwe leven" bevindt. Het is mogelijk dat de mensheid getuige zal zijn van deze gedenkwaardige gebeurtenis, concluderen wetenschappers.
