211service.com
Sfeer van witte dwergen nagebootst in het lab
Witte dwergen zijn de gloeiende brokken koolstof die overblijven nadat sterren al hun brandstof hebben opgebruikt. Ze zijn heet, dicht en klein, meestal met de massa van de zon verpakt in het volume van de aarde.
De structuur van deze objecten is complex. Astronomen kunnen de gloeiende koolstofsintels niet zien omdat witte dwergen altijd worden omringd door een dunne, dichte laag gas, naar binnen getrokken door de intense zwaartekracht van de ster.
Het is dit gas dat gloeit met een intens wit licht bij temperaturen die gewoonlijk tussen 8000K en 16.000K liggen – in vergelijking daarmee is de atmosfeer van de zon ongeveer 6000K. Het gas is grotendeels waterstof maar kan ook helium, verschillende metalen en koolstof bevatten.
Deze elementen zijn allemaal gemakkelijk te identificeren door te kijken naar de karakteristieke frequenties waarmee de elementen licht uitzenden en absorberen, een techniek die bekend staat als spectroscopie. De intense hitte en druk aan het oppervlak van deze sterren vervormen echter de spectra, waardoor de lijnen zich bijvoorbeeld verspreiden.
Dat is handig voor astronomen omdat ze deze vervormingen kunnen gebruiken om de druk aan het oppervlak te berekenen, die afhankelijk is van de zwaartekracht aan het oppervlak. In combinatie met andere gegevens, zoals temperatuurmetingen, kunnen ze hierdoor de straal en massa van de ster bepalen.
Dus spectroscopie is een enorm krachtig hulpmiddel.
Er is echter een probleem. De op deze manier berekende massa en straal komen niet altijd overeen met de op andere manieren berekende waarden, bijvoorbeeld door de beweging van de ster door de ruimte te meten.
Daarom willen astronomen de processen die de spectra van witte dwergatmosferen beïnvloeden beter begrijpen.
Voer Ross Falcon in bij Sandia National Laboratories in New Mexico en enkele vrienden. Sandia heeft toevallig de krachtigste röntgenmachine ter wereld, een apparaat dat bekend staat als de Z Pulsed Power Facility.
Deze jongens gebruiken röntgenstralen van deze machine om een dunne wand van goud aan het uiteinde van een reageerbuis met waterstof te verwarmen. Het goud verwarmt de waterstof snel en creëert een plasma met hoge dichtheid bij een temperatuur van ongeveer 10.000 K.
Dat geeft min of meer exact de omstandigheden in de atmosfeer van een witte dwerg weer. Falcon en co meten vervolgens het spectrum van het gas om te zien hoe de omstandigheden het beïnvloeden.
Met behulp van de gegevens zijn deze jongens in staat geweest om astronoommodellen van witte dwergatmosferen te verfijnen om een beter begrip te krijgen van de sterren zelf, bijvoorbeeld hun massa en straal.
Het werk zit er echter nog lang niet op. Falcon en co willen nu enkele van de andere elementen opnemen die in witte dwergspectra voorkomen. Ze zijn begonnen met voorlopige experimenten met helium en hopen in de nabije toekomst de spectra van koolstof en zuurstof te onderzoeken.
Daarnaast willen Falcon en co de krachtige magnetische velden die rond sommige witte dwergen bestaan, recreëren om te zien welke invloed deze hebben op de spectra.
Dat is makkelijker gezegd dan gedaan. De Z Pulsed Power Facility heeft geen probleem met het genereren van krachtige magnetische velden - de moeilijkheid is om ze op een gecontroleerde manier in een experiment te gebruiken. Er is dus werk aan de winkel voor de Falcon-groep en anderen die ook bij Sandia werken.
Maar het oppervlak van sterren op aarde nabootsen - dat is cool.
Referentie: arxiv.org/abs/1210.0832 : Witte dwergfotosferen maken in het laboratorium: strategie voor astrofysica-toepassingen