Witte dwergdubbelsterren vormen extreme heliumsterren

Een tijdje terug hebben astronomen met behulp van de HST, de Hubble Space Telescope, ontdekt dat de zogenaamde extreme heliumsterren het gevolg zijn van twee witte dwergen die samensmelten. Extreme heliumsterren zijn superreuzen die heel weinig waterstof bevatten en heel veel helium en andere zwaardere elementen. Er zijn niet veel heliumsterren bekend, slechts 21 in het melkwegstelsel. De allereerste werd ontdekt in 1942, namelijk de ster HD 124448, die door Daniel M. Popper van de Universiteit van Chicago werd beschreven. Heel erg zwaar zijn de extreme heliumsterren niet: ze zijn over het algemeen lichter dan de zon, in ieder geval lichter dan 1,4 zonsmassa. Maar zoals gezegd zijn ze wel erg groot en ook heel heet.
Lange tijd was het onzeker hoe extreme heliumsterren kunnen ontstaan. Het idee dat heliumsterren ontstaan uit heliumwolken, zoals 'gewone' sterren ontstaan uit wolken van waterstofgas, werd snel verlaten, want er zijn nog nooit heliumwolken in de melkweg waargenomen. Al snel kwamen er twee theorieën op die een verklaring gaven voor de extreme heliumsterren:

• Het zgn. final-flash (FF) model, waarbij een buitenste laag van helium rondom een witte dwerg plotseling ontbrandt en gaat uitzetten. Die buitenlagen vormen zo een heliumschil rondom de witte dwerg, die er van buiten uit ziet als een extreme heliumster.
• Het alternatieve model is de zgn. double degenerate (DD) model, waarbij een dubbelstersysteem bestaande uit twee witte dwergen die na een evolutie van miljarden jaren uiteindelijk door de zwaartekracht op elkaar botsen en dan een extreme heliumster vormen.

Het DD-model is nu uiteindelijk door de waarnemingen met de HST uitgeroepen tot meest waarschijnlijke theorie. In het DD-model gaat het om twee verschillende soorten witte dwergen die om elkaar rondjes draaien: er is een heliumrijke witte dwerg voor nodig én een zwaardere witte dwerg die rijk is aan koolstof en zuurstof. Door twee astronomen, Hideyuki Saio van de Tohoku Universiteit in Japan en Simon Jeffery van het Armagh Observatory in Noord-Ierland, zijn de spectrogrammen van 17 extreme heliumsterren bestudeerd en die wijzen allemaal op de juistheid van het DD-model. Simulaties van het samensmelten van de twee witte dwergen laten zien dat de helium-witte dwerg als het ware wordt opgegegeten door de koolstof-zuurstof witte dwerg. Het helium vormt een soort schijf rondom de koolstof-zuurstof witte dwerg en vervolgens wordt binnen een paar minuten dit helium door de witte dwerg verzwolgen. Wat er dan gebeurt hangt af van de massa van de gevormde ster. Is die zwaarder dan 1,4 zonsmassa dan volgt een supernova type Ia. Is de massa lichter dan deze (Chandrashekhar-)limiet dan zwelt de ster op tot een superreus om zo een extreme heliumster te vormen.

Het model van Saio en Jeffery geeft overigens ook een verklaring voor de eigenschappen van een bepaald type veranderlijke sterren, genoemd naar het prototype R Coronae Borealis (RCrB). De afbeelding hierboven is een fase in de simulatie van de vorming van de extreme heliumsterren. De gehele simulatie, een mpeg-filmpje, is hier (5,8 Mb) te zien. Downloaden die hap!