Witte dwerg teistert rode dwerg met mysterieuze straal

Astronomen hebben, met behulp van ESO’s Very Large Telescope en andere telescopen op de grond en in de ruimte, een nieuw soort exotische dubbelster ontdekt. In het AR Scorpii-stelsel jaagt een snel ronddraaiende witte dwergster elektronen aan tot bijna de snelheid van het licht. Deze zeer energierijke deeltjes produceren uitbarstingen van straling die de begeleidende rode dwergster teisteren. Hierdoor vertoont de dubbelster eens in de 1,97 minuten spectaculaire pulsen van straling op golflengten die uiteenlopen van ultraviolet tot radio. De onderzoeksresultaten worden op 28 juli 2016 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

In mei 2015 ontdekte een groep van amateurastronomen uit Duitsland, België en het Verenigd Koninkrijk een stersysteem dat nog nooit eerder waargenomen gedrag vertoonde. Vervolgwaarnemingen onder leiding van de Universiteit van Warwick, waarbij tal van telescopen op aarde en in de ruimte zijn ingezet [1], hebben nu de ware aard ervan aan het licht gebracht. AR Scorpii, of kortweg AR Sco, staat in het sterrenbeeld Schorpioen, op 380 lichtjaar van de aarde. Het object bestaat uit een snel ronddraaiende witte dwergster [2] ter grootte van de aarde, maar met 200.000 keer zoveel massa, en een koele rode dwergster van ongeveer een derde zonsmassa [3]. De twee draaien met de regelmaat van een klok om elkaar, met een omlooptijd van 3,6 uur. Dit dubbelstersysteem vertoont nogal woest gedrag. De sterk magnetische en snel ronddraaiende witte dwerg versnelt elektronen tot bijna de snelheid van het licht. Terwijl deze zeer energierijke deeltjes door de ruimte schieten, produceren ze een vuurtorenachtige bundel van straling die langs het oppervlak van de koele begeleidende ster zwiept. Hierdoor neemt de helderheid van het hele systeem om de 1,97 minuten spectaculair toe, om vervolgens weer af te zwakken. Deze krachtige pulsen spelen zich onder meer af op radiogolflengten, een soort straling die nog nooit eerder bij een wittedwergstelsel was waargenomen.

Hoofdonderzoeker Tom Marsh van de vakgroep astrofysica van de Universiteit van Warwick licht toe: ‘AR Scorpii is meer dan veertig jaar geleden ontdekt, maar zijn ware aard bleef onduidelijk totdat wij hem in 2015 begonnen waar te nemen. Al binnen enkele minuten beseften we dat we getuige waren van iets bijzonders.’ De waargenomen eigenschappen van AR Sco zijn even uniek als raadselachtig. De straling over een breed frequentiebereik is kenmerkend voor de emissie van elektronen die door magnetische velden worden versneld. Voor die velden kan de snel ronddraaiende witte dwerg van AR Sco verantwoordelijk zijn. Maar volkomen onduidelijk is waar de elektronen nu precies vandaan komen – van de witte dwerg zelf of van zijn koelere begeleider.

AR Scorpii wordt al sinds het begin van jaren ’70 waargenomen. Vanwege zijn regelmatige helderheidsvariaties met een periode van 3,6 uur werd hij ten onrechte aangezien voor een eenzame veranderlijke ster [4]. De ontdekking van de ware oorzaak van die variabiliteit is te danken aan de gezamenlijke inspanningen van amateur- en beroepsastronomen. Vergelijkbaar pulseergedrag was al eerder waargenomen, maar dan bij neutronensterren, die tot de meest compacte objecten in het heelal behoren. Boris Gänsicke, mede-auteur van het nieuwe onderzoek en tevens van de Universiteit van Warwick, concludeert: ‘We kennen pulserende neutronensterren al bijna vijftig jaar, en sommige theorieën voorspelden dat witte dwergen vergelijkbaar gedrag zouden kunnen vertonen. Het is dan ook erg opwindend om nu eindelijk zo’n systeem te ontdekken, en het is fantastisch dat amateurastronomen en wetenschapsbeoefenaars op deze manier kunnen samenwerken.’

Noten

[1] De waarnemingen die ten grondslag liggen aan dit onderzoek zijn uitgevoerd met: ESO’s Very Large Telescope (VLT) op Cerro Paranal, Chili; de William Herschel en Isaac Newton Telescopen van de Isaac Newton Group of telescopes op het Canarische eiland La Palma; de Australia Telescope Compact Array van het Paul Wild Observatory in Narrabri, Australië; de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA; en de Swift-satelliet van NASA.

[2] Witte dwergen ontstaan laat in het leven van sterren die maximaal acht keer zoveel massa hebben als onze zon. Zodra de waterstoffusie in de kern van zo’n ster stilvalt, zwelt deze op tot een zogeheten rode reus. Vervolgens blaast de ster zijn buitenste lagen van gas en stof de ruimte in, en trekt zijn kern sterk samen. Wat overblijft is een witte dwerg – een object ter grootte van de aarde, maar met een 200.000 keer zo grote dichtheid. Eén theelepel materie van een witte dwerg weegt ongeveer net zoveel als een olifant hier op aarde.

[3] Deze rode dwerg is een zogeheten M-ster. Sterren van dit type vormen de grootste klasse in het Harvard-classificatiesysteem, dat sterren indeelt naar hun spectrale kenmerken. De spectrale sterklassen worden aangeduid met de hoofdletters OBAFGKM, een vreemde volgorde waar een gemakkelijk te onthouden ezelsbruggetje voor bestaat: ‘Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me’.

[4] Een veranderlijke ster is een ster waarvan de helderheid, vanaf de aarde gezien, op en neer gaat. Zulke fluctuaties kunnen het gevolg zijn van veranderingen van de intrinsieke eigenschappen van de ster zelf. Zo vertonen sommige sterren een afwisseling van uitdijing en samentrekking. Maar ze kunnen ook ontstaan wanneer een ander object regelmatig voor de ster langs schuift. AR Scorpii werd aanvankelijk aangezien voor een enkelvoudige veranderlijke ster, maar blijkt dus tot de twee categorie te behoren.