211service.com
Nieuw deeltje geboren in witte helium-dwergsterren, zeggen natuurkundigen
Witte dwergsterren zijn gloeiende sintels, de overblijfselen van kleine sterren die geen brandstof meer hebben om te verbranden. De meeste witte dwergen zijn hete brokken houtskool die geleidelijk hun warmte de ruimte instralen. Maar een paar zijn gemaakt van helium en het zijn deze waar we vandaag naar kijken.
Omdat ze zelf geen warmte genereren, zullen witte dwergen uiteindelijk zo koud worden dat ze geen significante hoeveelheden warmte en licht meer afgeven. Maar dit afkoelingsproces duurt eeuwen, veel langer zelfs dan de leeftijd van het heelal, dus men denkt dat er nog geen zogenaamde zwarte dwergen bestaan.
De precieze snelheid waarmee witte dwergen afkoelen, hangt af van hun interne structuur. Dat is redelijk goed begrepen voor gewone vanille-witte dwergen. Maar de heliumsmaak houdt enkele verrassingen in.
De conventionele opvatting is dat helium onder hoge druk een plasma van kernen vormt in een zee van elektronen. Wanneer de druk toeneemt, worden de kernen geordend en vormen ze een kristal. De eigenschappen van dit heliumkristal bepalen hoe snel de ster afkoelt.
Onlangs hebben astrofysici er echter op gewezen dat helium ook een Bose-Einstein-condensaat kan vormen. De vraag die Paulo Bedaque van de Universiteit van Maryland in College Park en een paar vrienden onderzoeken, is hoe de aanwezigheid van zo'n condensaat de eigenschappen van de ster kan beïnvloeden.
Het blijkt dat heliumcondensaten een buitengewoon rijk gedrag vertonen waarin zich verschillende soorten quasideeltjes kunnen vormen. Deze quasideeltjes zijn in wezen gekwantiseerde excitaties in het condensaat en zijn goed bestudeerd voor gewone condensaten.
Omdat deze quasideeltjes energie door en uit een condensaat transporteren, verminderen ze de soortelijke warmte ervan.
Wat Bedaque en co hebben gevonden, is een geheel nieuw quasideeltje dat opduikt in witte heliumdwergen vanwege de extra beperkingen op het gedrag van het condensaat in het midden van zo'n dicht object.
Dit quasi-deeltje, zeggen ze, vermindert de soortelijke warmte van de witte dwergkern met twee ordes van grootte in vergelijking met een kristallijne kern.
De gevolgen zijn niet moeilijk te doorgronden. Door de lagere soortelijke warmte zouden helium-witte dwergen aanzienlijk sneller moeten afkoelen dan eerder werd gedacht. In feite suggereren Bedaque en co dat deze snellere afkoeling detecteerbaar zou moeten zijn.
Het blijkt dat er een bekende anomalie is in de temperaturen van helium witte dwergen. Een paar jaar geleden vonden astronomen een groep witte heliumdwergen in een bolvormige sterrenhoop op een paar duizend lichtjaren van hier.
Zet de temperatuur en grootte van witte dwergen in een grafiek en astronomen merken meestal dat de reeks sterren koeler en minder helder wordt totdat ze niet langer zichtbaar zijn voor de telescoop die ze gebruiken.
Maar bij deze helium witte dwergen zagen astronomen iets anders: de reeks eindigde ruim boven de magnitudelimiet van de waarnemingen (die met Hubble werden gedaan). Om de een of andere reden zijn de zwakste, coolste, oudste sterren niet waar ze horen te zijn
Niemand weet waarom, maar het nieuwe quasideeltje en de afkoeling die het veroorzaakt, roept een mogelijkheid op. Misschien gaan helium witte dwergen door een soort interne overgang naarmate ze ouder worden, waardoor ze plotseling veel sneller afkoelen dan verwacht. Dat is de reden waarom de oudste coolste sterren niet het gebruikelijke patroon van afkoeling volgen.
Voorlopig is dat slechts een gok. Bedaque en co zeggen dat er nog veel meer modellering nodig is om volledig te begrijpen hoe dit allemaal zou kunnen uitpakken. Meer gegevens over echte helium-witte dwergen zouden ook helpen.
Het ziet eruit als een paar interessante maanden voor deze jongens.
Referentie: arxiv.org/abs/1111.1343 : Nucleair condensaat en helium witte dwergen