Kijkje in het binnenste van witte dwergen

Nederlandse sterrenkundigen hebben met de Very Large Telescope in Chili voor het eerst direct een kijkje genomen in het binnenste van witte dwergen. Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit Nijmegen en Peter Jonker van het Nederlandse ruimteonderzoeksinstituut SRON slaagden hierin tijdens hun onderzoek naar ultra-compacte röntgendubbelsterren.

Dit zijn uiterstdicht bij elkaar staande dubbelsterren waarin een witte dwerg massa overdraagt aan een neutronenster via een accretieschijf. Deze accretieschijven blijken vrijwel volledig uit koolstof en zuurstof te bestaan, wat een nieuw licht werpt op de vorming van ultra-compacte dubbelsterren. De bevindingen van Nelemans, Jonker en collega’s zijn gepubliceerd in twee artikelen in de ‘Monthly Notices of the Royal Astronomical Society’, waarvan het laatste zojuist is verschenen.

Een witte dwerg is een compacte kern van een reuzenster waarin kernfusie heeft plaatsgevonden. De kern blijft over als de ster zijn waterstofmantel heeft verloren. Een neutronenster is een zeer compact sterretje, van maar 10 kilometer doorsnede, maar met een enorme massa.

Doordat de witte dwergen in de dubbelsterren massa verliezen, komen steeds diepere lagen aan de oppervlakte, met daarin de producten van eerdere kernfusies. Dit kan ofwel helium zijn – het product van waterstoffusie, de eerste fusie-fase in het leven van een ster –, of een mengsel van koolstof en zuurstof – het product van heliumfusie, de tweede fusie-fase. Nelemans en Jonker hebben in optische spectra van een aantal ultra-compacte röntgendubbelsterren aanwijzingen gevonden voor de aanwezigheid van koolstof en zuurstof en in één ster aanwijzingen voor de aanwezigheid van helium.

Het is voor het eerst dat accretieschijven die uit vrijwel puur koolstof en zuurstof bestaan zijn waargenomen met optische telescopen. Vrijwel alle bekende accretieschijven bestaan voornamelijk uit waterstof. De ontdekking opent de weg naar het vergelijken van accretieschijven van verschillende chemische samenstelling.

Daarnaast werpen de ontdekkingen nieuw licht op de vorming van dit soort dubbelsterren. Terwijl vergelijkbare dubbelsterren waar ook de massa-ontvangende ster een witte dwerg is allemaal heliumschijven hebben, zijn in de ultra-compacte röntgendubbelsterren dus zowel koolstof/zuurstof als heliumschijven gevonden. Dat betekent dat de witte dwergen in sommige van deze laatste systemen verder geëvolueerd zijn dan die in de eerstgenoemde systemen.