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GAIA
Wenn Weiße Zwerge kristallisieren
von Stefan Deiters
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14. Januar 2019

Mit dem Astrometriesatelliten Gaia der europäischen Weltraumagentur ESA werden gerade Milliarden von Sternen der Milchstraße mit hoher Präzision vermessen. Die Daten liefern auch wichtige Informationen für Teilbereiche der Astrophysik, an die man zunächst vielleicht nicht denkt - beispielsweise zum Abkühlverhalten und der Kristallisation von Weißen Zwergsternen.

Weißer Zwerg

Künstlerische Darstellung der Kristallisation im Inneren eines Weißen Zwergs. Bild: University of Warwick / Mark Garlick  [Großansicht]

Weiße Zwergsterne sind Überreste von Sternen, deren Masse in etwa der unserer Sonne entspricht und die am Ende ihres stellaren Lebens nicht als Supernovae explodieren, sondern nach einer kurzen Phase als Planetarischer Nebel zu einem Weißen Zwergstern werden. Dieses sind die zunächst glühend heißen ausgebrannten Kerne der ehemaligen Sonnen, die über einen langen Zeitraum - mehrere Milliarden Jahre - langsam abkühlen. Irgendwann sollten dabei in ihrem Inneren Kristallisationsprozesse einsetzen - ein Phänomen, das bereits vor einem halben Jahrhundert vorhergesagt wurde.

"Bislang kannten wir nur die genauen Entfernungen von einigen hundert Weißen Zwergen und davon befanden sich viele in Sternhaufen, so dass sie alle dasselbe Alter hatte", erläutert Pier-Emmanuel Tremblay von der University of Warwick in Großbritannien die Bedeutung der jetzt vorliegenden Daten des europäischen Astrometriesatelliten Gaia. "Dank Gaia haben wir jetzt Entfernung, Helligkeit und Farbe von Hunderttausenden von Weißen Zwergen in der äußeren Scheibe der Milchstraße in einem großen Bereich von Massen und mit verschiedenem Alter."

Durch die genaue Bestimmung der Entfernung konnte auch die exakte Helligkeit der ausgebrannten Sonnen ermittelt werden. Das Team um Tremblay hat nun über 15.000 Weiße-Zwerg-Kandidaten in einem Umkreis von 300 Lichtjahren analysiert und konnte darin eine Gruppe identifizieren, in der gerade Kristallisationsprozesse ablaufen müssen. Diese Kristallisation sollte beginnen, sobald die Temperatur im Inneren des Sterns unter einen bestimmten Wert fällt - ganz ähnlich, wie Wasser irgendwann zu Eis wird, nur bei deutlich höheren Temperaturen. Weiße Zwerge werden im Inneren bei etwa 10 Millionen Grad Celsius fest.

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Diese Kristallisation, die mehrere Milliarden Jahre dauern kann, hat für die Abkühlung der Weißen Zwerge Konsequenzen: Sie verzögert durch die dabei entstehende Wärme das allmähliche Abkühlen der Sternreste. Die Sterne können dadurch jünger erscheinen, als sie eigentlich sind. "Weiße Zwerge werden traditionell für die Altersbestimmung beispielsweise von Sternhaufen oder des Halos verwendet", so Tremblay. "Wir müssen nun also bessere Modelle über die Kristallisation von Weißen Zwergen entwickeln, um eine genauere Altersbestimmung durchführen zu können."

Bis unsere Sonne zu einem Weißen Zwerg wird, werden noch mehrere Milliarden Jahre vergehen. Anschließend wird es wohl noch einmal fünf Milliarden Jahre dauern, bis aus ihr ein auskristallisierter Körper geworden ist.

"Dieses Ergebnis zeigt, wie vielfältig sich die Gaia-Daten anwenden lassen", unterstreicht Timo Pristu, Gaia-Projektwissenschaftler bei der ESA. "Es ist faszinierend, wie die Erfassung von Sternen am Himmel und die Messung ihrer Eigenschaften schließlich zu einem Beweis für ein Plasmaphänomen in einem so dichten Materiezustand führt, der sich in keinem irdischen Labor nachbilden lässt."

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der vergangenen Woche in der Fachzeitschrift Nature erschienen ist.

Korrekturhinweis (15. Januar 2019): In einer ersten Version des Artikels hieß es "Das Team um Tremblay hat nun über 15.000 Weiße Zwerge in einem Umkreis von 300 Jahren analysiert". Es handelte sich um Weiße-Zwerg-Kandidaten in einem Umkreis von 300 Lichtjahren. Der Fehler ist im Text korrigiert.

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siehe auch
Gaia: Daten zu 1,69 Milliarden Sternen - 25. April 2018
Gaia: Erste Daten zu zwei Millionen Sternen - 15. September 2016
Links im WWW
Gaia-Seiten der ESA
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