Astronomer vid University of Warwick har hittat övertygande bevis för att en närliggande vit dvärg i själva verket är resterna av två stjärnor som smält samman – en sällsynt stjärnupptäckt som avslöjats genom Hubble-teleskopets ultravioletta observationer av kol i stjärnans heta atmosfär.
Vita dvärgar är de täta kärnor som blir kvar när stjärnor förbrukar sitt bränsle och kollapsar. De är jordstora stjärnkolor som väger ungefär hälften så mycket som solen och består av kol- och syrakärnor med ytskikt av helium och väte. Vita dvärgar är vanliga i universum, men de med exceptionellt hög massa (som väger mer än solen) är sällsynta och gåtfulla.
I en artikel publicerad i Nature Astronomy rapporterar astronomer från Warwick om sina undersökningar av en känd vit dvärg med hög massa, 130 ljusår bort, kallad WD 0525+526. Med en massa som är 20 % större än vår sol anses WD 0525+526 vara ”ultramassiv”, och hur denna stjärna uppstod är inte helt klarlagt.
En sådan vit dvärg kan bildas genom kollapsen av en massiv stjärna. Ultravioletta data från Hubble-teleskopet avslöjade dock att WD 0525+526 har små mängder kol som stiger upp från dess kärna till dess väterika atmosfär, vilket tyder på att denna vita dvärg inte har sitt ursprung i en enda massiv stjärna.
”I optiskt ljus (det ljus vi ser med våra ögon) ser WD 0525+526 ut som en tung men i övrigt vanlig vit dvärg”, säger försteförfattaren Dr Snehalata Sahu, forskare vid University of Warwick. ”Men genom ultravioletta observationer gjorda med Hubble kunde vi upptäcka svaga kolspår som inte var synliga för optiska teleskop.
Illustration som visar den heta stjärnskollision som bildade den ultramassiva vita dvärgen WD 0525+526. Källa: Dr Snehalata Sahu/University of Warwick
”Att hitta små mängder kol i atmosfären är ett tydligt tecken på att denna massiva vita dvärg sannolikt är resterna av en sammansmältning mellan två kolliderande stjärnor. Det säger oss också att det kan finnas många fler sammansmältningsrester som denna, som maskerar sig som vanliga vita dvärgar med ren väteatmosfär. Endast ultravioletta observationer skulle kunna avslöja dem för oss.”
Normalt bildar väte och helium ett tjockt barriärliknande hölje runt en vit dvärgs kärna, vilket håller element som kol gömda. Vid en sammansmältning av två stjärnor kan väte- och heliumskikten brinna upp nästan helt när stjärnorna smälter samman.
Den resulterande enskilda stjärnan har ett mycket tunt hölje som inte längre hindrar kol från att nå ytan – detta är precis vad man har hittat på WD 0525+526.
Antoine Bédard, Warwick Prize Fellow i gruppen för astronomi och astrofysik vid Warwick och medförfattare, säger: ”Vi mätte att väte- och heliumskikten var tio miljarder gånger tunnare än i typiska vita dvärgar. Vi tror att dessa skikt skrevs bort i fusionen, och det är detta som nu gör att kol kan synas på ytan.
Men denna rest är också ovanlig: den har ungefär 100 000 gånger mindre kol på ytan jämfört med andra sammanslagningsrester. Den låga kolhalten, tillsammans med stjärnans höga temperatur (nästan fyra gånger hetare än solen), säger oss att WD 0525+526 befinner sig mycket tidigare i sin utveckling efter sammanslagningen än de som tidigare hittats.
”Denna upptäckt hjälper oss att bättre förstå ödet för dubbelstjärnesystem, vilket är avgörande för relaterade fenomen som supernovaexplosioner.”
Denna illustration visar NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble i sin höga bana 600 kilometer ovanför jorden. Källa: Europeiska rymdorganisationen
Ytterligare en gåta är hur kol överhuvudtaget når ytan i denna mycket hetare stjärna. De andra resterna efter fusionen befinner sig i ett senare skede av sin utveckling och är tillräckligt svala för att konvektion ska kunna föra kol till ytan. Men WD 0525+526 är alldeles för het för den processen.
Istället identifierade teamet en mer subtil form av blandning som kallas semikonvektion, som här ses för första gången i en vit dvärg. Denna process gör att små mängder kol långsamt stiger upp i stjärnans vätehaltiga atmosfär.
”Det är sällsynt att hitta tydliga bevis på fusioner i enskilda vita dvärgar”, tillägger professor Boris Gänsicke, Institutionen för fysik, University of Warwick, som erhöll Hubble-data för denna studie.
”Men ultraviolett spektroskopi ger oss möjlighet att upptäcka dessa tecken tidigt, när kolet fortfarande är osynligt vid optiska våglängder. Eftersom jordens atmosfär blockerar ultraviolett ljus måste dessa observationer göras från rymden, och för närvarande är det bara Hubble som kan göra detta.
”Hubble har just fyllt 35 år och är fortfarande i god form, men det är mycket viktigt att vi börjar planera för ett nytt rymdteleskop som så småningom ska ersätta det.”
Allteftersom WD 0525+526 fortsätter att utvecklas och svalna förväntas mer kol dyka upp på dess yta med tiden. För närvarande ger dess ultravioletta glöd en sällsynt inblick i det tidigaste stadiet efter en stjärnfusion – och en ny referenspunkt för hur dubbelstjärnor avslutar sina liv.
Mer information: En het vit dvärgstjärnans sammansmältningsrest avslöjad genom ultraviolett detektion av kol, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02590-y
