Astronomen hebben de kleinste en meest massieve witte dwerg ontdekt die ooit is gezien. De smeulende sintel, die ontstond toen twee minder massieve witte dwergen samensmolten, is zwaar, "een massa groter dan die van onze zon inpakken in een lichaam ongeveer zo groot als onze maan, " zegt Ilaria Caiazzo, de Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics 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 groter. Dit komt door het feit dat witte dwergen de nucleaire verbranding missen die normale sterren tegen hun eigen zwaartekracht in houden, en hun grootte wordt in plaats daarvan gereguleerd door de kwantummechanica."

De ontdekking werd gedaan door de Zwicky Transient Facility, of ZTF, die opereert bij Caltech's Palomar Observatory; twee Hawaï-telescopen - W. M. Keck Observatorium op Maunakea, Hawai'i Island en University of Hawai'i Institute for Astronomy's Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) op Haleakala, Maui-hielp de dode ster te karakteriseren, samen met de 200-inch Hale-telescoop in Palomar, het Europese Gaia-ruimteobservatorium, en NASA's Neil Gehrels Swift Observatory.

Witte dwergen zijn de ingestorte overblijfselen van sterren die ooit ongeveer acht keer de massa van onze zon of lichter waren. onze zon, bijvoorbeeld, nadat het in ongeveer 5 miljard jaar voor het eerst opzwelt tot een rode reus, zal uiteindelijk zijn buitenste lagen afstoten 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, veel sterren draaien in paren om elkaar heen. De sterren worden samen oud, en als ze allebei minder dan acht zonsmassa's zijn, ze zullen allebei evolueren tot witte dwergen.

De nieuwe ontdekking geeft een voorbeeld van wat er na deze fase kan gebeuren. Het paar witte dwergen, die om elkaar heen draaien, energie verliezen in de vorm van zwaartekrachtgolven en uiteindelijk versmelten. Als de dode sterren massief genoeg zijn, ze exploderen in wat een type Ia supernova wordt genoemd. Maar als ze onder een bepaalde massadrempel liggen, ze combineren samen tot een nieuwe witte dwerg die zwaarder is dan beide stamvaders. Dit proces van samensmelting versterkt het magnetische veld van die ster en versnelt zijn rotatie in vergelijking met die van de voorlopers.

Astronomen zeggen dat de pas ontdekte kleine witte dwerg, genaamd ZTF J1901+1458, nam de laatste route van evolutie; zijn voorouders fuseerden en produceerden een witte dwerg, 1,35 keer de massa van onze zon. De witte dwerg heeft een extreem magnetisch veld dat bijna 1 miljard keer sterker is dan dat van onze zon en draait om zijn as met een waanzinnig tempo van één omwenteling om de zeven minuten (de snelste witte dwerg die we kennen, genaamd EPIC 228939929, draait elke 5,3 minuten).

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

Bovendien, Caiazzo en haar medewerkers denken dat de samengevoegde witte dwerg groot genoeg kan zijn om te evolueren tot een neutronenrijke dode ster. of neutronenster, die zich typisch vormt wanneer een ster die veel massiever is dan onze zon in een supernova explodeert.

"Dit is zeer speculatief, maar het is mogelijk dat de witte dwerg massief genoeg is om verder in te storten tot een neutronenster, ", zegt Caiazzo. "Het is zo massief en dicht dat, in de kern, elektronen worden opgevangen door protonen in kernen om neutronen te vormen. Omdat de druk van elektronen tegen de zwaartekracht in duwt, de ster intact houden, de kern stort in wanneer een voldoende groot aantal elektronen wordt verwijderd."

Als deze neutronenstervormingshypothese correct is, het kan betekenen dat een aanzienlijk deel van andere neutronensterren op deze manier vorm krijgt. De nabijheid van het nieuw ontdekte object (ongeveer 130 lichtjaar) en zijn jonge leeftijd (ongeveer 100 miljoen jaar of minder) wijzen erop dat soortgelijke objecten vaker voorkomen in onze melkweg.

Magnetisch en snel

De witte dwerg werd voor het eerst gezien door Caiazzo's collega Kevin Burdge, een postdoctoraal onderzoeker bij Caltech, na het doorzoeken van alle luchtfoto's die zijn vastgelegd door ZTF. Deze bijzondere witte dwerg, wanneer geanalyseerd in combinatie met gegevens van Gaia, viel op omdat hij erg massief was en een snelle rotatie had.

"Niemand is tot nu toe systematisch in staat geweest om astronomische fenomenen op korte termijn op deze schaal te onderzoeken. De resultaten van deze inspanningen zijn verbluffend, " zegt Burd, WHO, in 2019, leidde het team dat elke zeven minuten een paar witte dwergen ontdekte die om elkaar heen vlogen.

Het team analyseerde vervolgens het spectrum van de ster met behulp van Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS), en toen werd Caiazzo getroffen door de handtekeningen van een zeer krachtig magnetisch veld en realiseerde ze zich dat zij en haar team iets "heel speciaals, " zoals ze zegt. De sterkte van het magnetische veld samen met de zeven minuten durende rotatiesnelheid van het object gaven aan dat het het resultaat was van twee kleinere witte dwergen die samensmolten tot één.

Gegevens van Swift, die ultraviolet licht waarneemt, hielp de grootte en massa van de witte dwerg vast te stellen. Met een diameter van 2, 670 mijl, ZTF J1901+1458 stelt de titel veilig voor de kleinste bekende witte dwerg, eerdere recordhouders uit de weg te ruimen, RE J0317-853 en WD 1832+089, die elk een diameter hebben van ongeveer 3, 100 mijl.

In de toekomst, Caiazzo hoopt ZTF te gebruiken om meer witte dwergen zoals deze te vinden, en, in het algemeen, om de bevolking als geheel te bestuderen. "Er zijn zoveel vragen om te beantwoorden, zoals wat is de snelheid van het samensmelten van witte dwergen in de melkweg, en is het voldoende om het aantal type Ia supernova's te verklaren? Hoe wordt een magnetisch veld gegenereerd bij deze krachtige gebeurtenissen, en waarom is er zo'n diversiteit in magnetische veldsterkten onder witte dwergen? Het vinden van een grote populatie witte dwergen geboren uit fusies zal ons helpen al deze vragen en meer te beantwoorden."