-
-
Dr. Else van den Besselaar
Het overgrote deel van alle sterren eindigt zijn leven als een witte dwerg: de uitgebrande sintel van wat vroeger de kern van de ster was. In een witte dwerg heersen extreme omstandigheden: 0.5–1 zonsmassa wordt samengeperst in een bol ter grootte van de Aarde. De dichtheid in een witte dwerg is daarom meer dan een miljoen keer groter dan die van water. Witte dwergen zijn de sleutel tot het begrijpen van een aantal zeer belangrijke problemen in de moderne sterrenkunde:
De vorming en vroege geschiedenis van ons Melkwegstelsel is vervat in de ruimtelijke verdeling, leeftijd en massa's van de populatie witte dwergen die nagelaten is door de eerste generaties sterren. Het begrijpen van deze zeer oude en inmiddels zeer koele witte dwergen is cruciaal in het begrijpen van ons Melkwegstelsel.
Witte dwergen in dubbelstersystemen zijn bij uitstek geschikt voor het bestuderen van de extreme omstandigheden die zich in (de evolutie van) dubbelsterren voordoen: de fase van een gezamelijk omhulsel (common envelope) waar nauwe dubbelsterren doorheen moeten gaan; de fysica van accretieschijven, die gevormd worden door de overdracht van massa van een begeleider naar een compact object (een witte dwerg, een nog compactere neutronenster of een zelfs zwart gat).
Witte dwergen in dubbelsterren zijn belangrijke kandidaten voor de voorlopers van Supernovae Type Ia. Deze supernovae worden gebruikt als standaardkaarsen om zeer grote afstanden in ons Heelal te meten. Door het bestuderen van Supernovae Type Ia is bijvoorbeeld afgeleid dat ons Heelal steeds sneller uitdijt. Het is echter nog niet duidelijk wat de voorlopers van Supernovae Type Ia zijn, en daarmee zijn belangrijke aannames over de helderheid en homogeniteit van Supernovae Ia nog niet goed te verdedigen.
De algemene relativiteitstheorie van Einstein voorspelt het bestaan van gravitatiegolven: door de beweging van twee zware massa's om elkaar wordt energie (en impulsmoment) weggestraald in zwaartekrachtsgolven. Dit gaat ten koste van de energie die beschikbaar is voor de baan van de dubbelster en de sterren zullen steeds dichter bij elkaar komen. Dit effect is direct waargenomen in dubbele radiopulsars zoals de Hulse-Taylor pulsar PSR B1913+16 (Nobelprijs natuurkunde 1993). Bij relatief lage frequenties (lage massa's en wijde banen) is de verwachting dat dubbele witte-dwergsystemen de sterkste bronnen van gravitatiestraling zullen zijn. Voor de gravitatiegolfdetector LISA, die komend decennium in een baan rond de zon gelanceerd zal worden, is het essentieel om te weten wat de bijdrage van witte-dwergsystemen is. Hiervoor moeten we weten hoe dubbelsterren evolueren tot compacte witte-dwerg-dubbelsterren, hoeveel ervan zijn en hoe de fysische processen in de dubbelsterren zelf in elkaar steken.
Links: Impressie van een witte dwerg die gas opslokt („accreteert”) van een hoofdreeksster. Dit leidt tot de vorming van een hete en heldere accretieschijf rond de compacte witte dwerg (afbeelding: Mark A. Garlick, http://space-art.co.uk - niet te gebruiken zonder toestemming).
Het onderzoek richt zich met name op een inventarisatie van de verschillende witte-dwergsystemen in onze Melkweg. Hoeveel systemen van wat voor soort bevinden zich er in onze buurt? Hoeveel supernova-kandidaten? Hoeveel gravitatiegolfbronnen? Omdat vele van deze systemen intrinsiek zwak zijn, gebruiken we moderne groothoekcamera's op 2.5m-telescopen (de Wide Field Camera op de Isaac Newton Telescope op La Palma; OmegaCam op de VLT Survey Telescope in Chili – een 256 megapixel-camera) om een homogene en complete verzameling witte-dwergsystemen te verkrijgen. Faint Sky Variability Survey
Dit is het speerpunt van de Faint Sky Variability Survey (FSVS), een samenwerking tussen de sterrenkundige instituten in Nijmegen, Amsterdam en Tucson, met bijdragen van individuele sterrenkundigen in Groot-Brittanië en La Palma. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de 2.5-meter Isaac Newton Telescope op La Palma met de Wide Field Camera als primair instrument. Follow-up spectroscopie wordt verricht met onder meer de 2.5m Nordic Optical Telescope en de 4.2m William Herschel Telescope op La Palma, de 3.5m NTT bij ESO, en de 1.5m telescope op CTIO.
Links: Een van de 8.2-meter Unit Telescopes van de Europese Very Large Telescope te Cerro Paranal, Chili (foto: ESO).
Een tweede lijn van onderzoek betreft AM CVn-systemen. Deze bestaan uit dubbele witte dwergen waar massa wordt overgedragen van de ene, lage massa witte dwerg naar de tweede, hogere massa witte dwerg. In veel gevallen gaat dit via een accretieschijf, maar bij de meest compacte systemen kan de massastroom direct op de zwaarste witte dwerg inslaan. Er ontstaat dan een zeer hete rontgenbron die gedetecteerd kan worden door rontgensatellieten zoals ROSAT. Om dit moment zijn slechts ongeveer tien AM CVn-systemen bekend. Evolutieberekeningen laten echter zien dat AM CVn-systemen even veel voor zouden kunnen komen als de Cataclysmische Variabelen. Van deze laatste zijn er inmiddels een kleine duizend bekend.
Voor de bestudering van deze zeer zwakke objecten gebruiken we de nieuwste en grootste telescopen die beschikbaar zijn: de 4.2m William Herschel Telescope, de 3.9m Anglo-Australian Telescope, de 6.5m MMT en Magellan Telescopes, de 4×8.2m Very Large Telescope en de 2x10m Keck-telescopen. Met de Hubble Space Telescope worden op dit moment de afstanden van 5 van de 10 bekende systemen bepaald. Deze afstanden zijn cruciaal voor het testen van onze evolutieberekeningen en om een inzicht te krijgen in de ruimtelijke dichtheden van AM CVn-systemen. Dit onderzoek wordt verricht in samenwerking met Danny Steeghs (Harvard), Tom Marsh (Warwick), Fritz Benedict and Barbara McArthur (Austin).
