Onze zon kan verschijnen als een eindeloze gloed van heet gas, maar zijn bestemming is eindig. Hoewel de uiteindelijke dood van de ster misschien somber klinkt voor het leven op aarde, heeft de wetenschap een adembenemende finale ontdekt:de zon zal veranderen in een kolossaal kristal.

Van reus tot dwerg

De energie van de zon komt uit kernfusie. In de kern dwingt de zwaartekracht waterstofatomen samen, waardoor ze in helium veranderen en enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Deze fusie houdt de kern stabiel op ongeveer 15 miljoen Kelvin en zorgt voor het licht en de warmte die het leven op aarde in stand houden. Deze waterstofverbrandingsfase, bekend als de hoofdreeks, is verantwoordelijk voor grofweg 90% van de 10 miljard jaar durende levensduur van de zon. We zijn momenteel zo'n 4,5 miljard jaar in die periode beland, ongeveer halverwege de levensduur ervan.

Wanneer de waterstof in de kern opraakt, kan de zon niet langer de uitwaartse druk ondersteunen die de zwaartekracht in evenwicht houdt. De kern stort in, de temperatuur stijgt vertienvoudigd en de kern van de zon begint helium te smelten. Deze ‘heliumflits’ zal naar verwachting over ongeveer 5 miljard jaar plaatsvinden, waarbij koolstof en zuurstof worden geproduceerd en het evenwicht tijdelijk wordt hersteld. Daaropvolgende samensmelting van zwaardere elementen zal de zon opblazen tot een rode reus, die mogelijk de aarde zal overspoelen, en zal zijn buitenste lagen afwerpen om een prachtige planetaire nevel te vormen.

Wat overblijft is een dichte, hete kern – een witte dwerg – die miljarden jaren zal blijven schijnen voordat hij afkoelt en vervaagt. Recente waarnemingen van de Gaia-missie van de European Space Agency hebben een verrassend geheim onthuld dat verborgen ligt in deze stellaire sintels.

De Kristallen Dwerg

Nadat zich een witte dwerg heeft gevormd, straalt deze de warmte uit die in zijn kern is opgeslagen. Na verloop van tijd koelt het af tot een punt waarop de koolstof en zuurstof in het binnenste een faseovergang ondergaan, vergelijkbaar met het bevriezen van water, maar dan onder veel extremere temperaturen en drukken. Het resultaat is een gigantisch kristal:een bolvormig rooster van zuurstofkernen omgeven door een koolstofrijke mantel.

Volgens hoofdonderzoeker Pier-Emmanuel Tremblay van de Universiteit van Warwick kristalliseren alle witte dwergen uiteindelijk, terwijl de massievere dit eerder doen. Hij schat dat de zon over ongeveer 10 miljard jaar een kristalwitte dwerg zal worden.

Het team van Tremblay analyseerde Gaia-gegevens voor 15.000 witte dwergen binnen een straal van 300 lichtjaar. Ze identificeerden een ‘stapeling’ van sterren met specifieke kleuren en lichtsterktes – kenmerken van het kristallisatieproces. Deze transitie vertraagt ​​tijdelijk de afkoeling, waardoor de levensduur van sommige witte dwergen met wel 2 miljard jaar wordt verlengd. De studie levert het eerste directe bewijs van sterkristallisatie en bevestigt een voorspelling van een halve eeuw geleden.

Gekristalliseerde witte dwergen zijn niet alleen maar astronomische curiosa; hun kwantumgeordende structuur – een metalen zuurstofkern met een koolstofrijke schil – creëert omstandigheden die in geen enkel laboratorium op aarde kunnen worden nagebootst. Elk kristal draagt bij aan de groeiende verzameling diamantachtige overblijfselen van het sterrenstelsel.

Veelgestelde vragen

Zal de zon een witte dwerg worden?

De zon zal over ongeveer 10 miljard jaar evolueren tot een witte dwerg, zodra de waterstof in zijn kern is uitgeput.