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WEISSE ZWERGE
Stellarer Paartanz mit dramatischem Ende
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bonn
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27. Mai 2019

Astronomen sind auf ein ungewöhnliches Himmelsobjekt gestoßen, bei dem es sich vermutlich um das Produkt der Fusion zweier Weißer Zwerge handeln dürfte, die sich nach einem Jahrmilliarden dauernden Paartanz zu nahe gekommen und schließlich verschmolzen sind. In Kürze könnte nun ihre Entwicklung endgültig enden – in einer gewaltigen Supernova-Explosion.

J005311

Aufnahme von J005311 im Infrarotbereich. Bild: Vasilii Gvaramadze / Universität Moskau[Großansicht]

 Entdeckt wurde das extrem seltene Fusionsprodukt von Wissenschaftlern der Universität Moskau. Sie hatten auf Aufnahmen des Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) einen Gasnebel ausgemacht, in dessen Zentrum sich ein heller Stern befindet. "Erstaunlicherweise emittierte das Gebilde jedoch fast ausschließlich Infrarot-Strahlung und kein sichtbares Licht, wie die Aufnahmen unseres Moskauer Kollegen Vasilii Gvaramadze zeigen", erklärt Dr. Götz Gräfener vom Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn. "Das sprach bereits für eine ungewöhnliche Entstehungsgeschichte."

In Bonn wurde das Spektrum der von Nebel und Stern ausgesandten Strahlung detailliert analysiert. Auf diese Weise konnten die AIfA-Forscher zeigen, dass das rätselhafte Himmelsobjekt weder Wasserstoff noch Helium enthielt - eine Eigenschaft, die für Weiße Zwerge typisch ist. Sonnenähnliche Sterne erzeugen ihre Energie durch die Fusion von Wasserstoff-Kernen. Wenn der Wasserstoff verbraucht ist, nutzen sie Helium als Brennstoff. Noch schwerere Elemente können sie jedoch nicht fusionieren – ihre Masse reicht nicht aus, um die dazu nötigen hohen Drücke und Temperaturen zu erzeugen. Sobald das Helium aufgebraucht ist, verlöschen sie und kühlen ab. Sie sind dann Weiße Zwerge.

Normalerweise ist ihre Geschichte damit zu Ende. Nicht jedoch bei J005311 – so die Bezeichnung des ungewöhnlichen Objektes in rund 10.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Kassiopeia: "Wir vermuten, dass sich dort vor vielen Milliarden Jahren in enger Nachbarschaft zwei Weiße Zwerge gebildet haben", erklärt Prof. Dr. Norbert Langer vom AIfA. "Diese umkreisten einander und erzeugten dabei exotische Verzerrungen der Raumzeit, so genannte Gravitationswellen." Bei diesem Vorgang büßten sie nach und nach Energie ein. Im Gegenzug wurde der Radius ihres Paartanzes immer kleiner, bis sie schließlich verschmolzen.

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Nun reichte ihre Gesamtmasse aber aus, um auch schwerere Elemente als Wasserstoff oder Helium zu fusionieren. Das Sternenfeuer wurde also wieder entfacht. "Ein solches Ereignis ist extrem selten", betont Gräfener. "In der ganzen Milchstraße gibt es vermutlich nicht einmal ein halbes Dutzend solcher Objekte, und wir haben eines davon entdeckt." Ein extremer Glückstreffer also.

Dennoch sind die Forscher davon überzeugt, dass sie mit ihrer Interpretation richtig liegen. Zum einen leuchtet der Stern im Zentrum des Nebels 40.000 Mal so hell wie die Sonne, weit heller, als es ein einzelner Weißer Zwerg könnte. Zudem deuten die Spektren darauf hin, dass J005311 einen extrem starken Sternwind hat – das ist der Materiestrom, der von seiner Oberfläche ausgeht. Sein Motor ist die Strahlung, die beim "Brennvorgang" entsteht. Der Wind in J005311 ist aber mit einer Geschwindigkeit von 16.000 Kilometern pro Sekunde so schnell, dass dieser Faktor allein nicht ausreicht, ihn zu erklären.

Verschmolzene Weiße Zwerge weisen jedoch ein sehr starkes rotierendes Magnetfeld auf. "Unsere Simulationen zeigen, dass dieses Feld wie eine Turbine wirkt, die den Sternwind zusätzlich beschleunigt", sagt Gräfener. Das Wiederaufflackern von J005311 wird übrigens wohl nicht von langer Dauer sein. Bald wird der Stern alle Elemente zu Eisen verbrannt haben und dann erlöschen.

Da seine Masse durch die Verschmelzung der zwei Weißen Zwerge auf mehr als das Doppelte der Sonne angestiegen ist, wird ihn dann ein besonderes Schicksal ereilen: Unter dem Einfluss seiner eigenen Gravitation wird der Stern in sich zusammenfallen. Dabei fusionieren die Elektronen und Protonen seiner Materie zu Neutronen. Der resultierende Neutronenstern hat nur noch einen Bruchteil seiner vorherigen Ausdehnung – er misst dann ein paar Kilometer im Durchmesser, wiegt aber weit mehr als das gesamte Sonnensystem. Der Kollaps wird vermutlich von einem gewaltigen Knall begleitet - einer sogenannten Supernova-Explosion.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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siehe auch
Supernovae: Neutronenstern in RCW 86 hat Begleiter - 25. April 2017
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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