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HUBBLE
Manche Weiße Zwerge altern anders
von Stefan Deiters
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8. September 2021

Weiße Zwerge sind die ausgebrannten Überreste von sonnenähnlichen Sternen. Ihre Entwicklung sollte dementsprechend wenig spektakulär sein: Sie sollten einfach allmählich abkühlen. Neue Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble deuten nun aber darauf hin, dass manche Weiße Zwerge auf ihrer Oberfläche noch Wasserstoff verbrennen.

M 3 und M 13

Die beiden untersuchten Sternhaufen Messier 3 (unten) und Messier 13. Bild: ESA/Hubble & NASA, G. Piotto et al.   [Großansicht]

Die meisten Sterne, einschließlich unserer Sonne, beenden ihr nukleares Leben als Weißer Zwerg: Diese Phase in der Entwicklung eines Sterns gilt gemeinhin als Endphase, da der glühend heiße Überrest des Sterns nun nur noch allmählich abkühlt und dadurch dunkler wird. Neue Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble deuten nun darauf hin, dass dies nicht für alle Weißen Zwerge gelten muss: Manche können offenbar auf ihrer Oberfläche Wasserstoff verbrennen und so ihren Alterungsprozess quasi verlangsamen.

"Wir haben erstmals durch Beobachtungen Hinweise darauf gefunden, dass es auf Weißen Zwergen noch stabile thermonukleare Aktivität geben kann", erläutert Jianxing Cheng von der Universität im italienischen Bologna und dem Osservatorio Astronomico di Bologna der INAF, der die jetzt vorgestellte Untersuchung leitete. "Das war schon eine Überraschung, da es der bisherigen Lehrmeinung widerspricht."

Für ihre Studien haben die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Population von Weißen Zwergen in zwei Kugelsternhaufen der Milchstraße untersucht - in Messier 3 und Messier 13. Die beiden Haufen haben ungefähr das gleiche Alter und unterscheiden sich auch in ihrer Elementhäufigkeit nicht. Allerdings scheint es einen Unterschied in der Zusammensetzung ihrer Sternenpopulation zu geben: In Messier 13 gibt es offenbar eine Population heißerer Sterne, die so nicht in Messier 3 zu finden ist.

"Die hohe Qualität der Hubble-Beobachtungen hat uns einen umfänglichen Blick auf die Sternpopulationen in den beiden Kugelsternhaufen ermöglicht", so Chen. "So konnten wir die Unterschiede in der Sternentwicklung zwischen M 3 und M 13 schön erkennen." Insgesamt umfasste die Studie mehr als 700 Weiße Zwerge in den beiden Haufen. In M 3 scheint es sich um "normale" Weiße Zwerge zu handeln, die lediglich abkühlen.

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In M 13 allerdings entdeckte das Team zwei verschiedene Populationen von Weißen Zwergen: Eine Gruppe normaler Weißer Zwerge und zusätzlich Zwerge, die offenbar eine äußere Hülle aus Wasserstoff besitzen, in der noch die Fusion von Wasserstoff zu Helium stattfindet, so dass sie langsamer abkühlen. Computersimulationen ergaben, dass rund 70 Prozent der Weißen Zwerge in M 13 noch Wasserstoff auf ihrer Oberfläche verbrennen und so ihren Alterungsprozess hinauszögern.

Die Entdeckung könnte Folgen für die Altersbestimmung von Sternhaufen haben: Bislang hat man nämlich das vermeintlich einfache Abkühlverhalten von Weißen Zwergen genutzt, um aus der beobachteten Temperatur auf ihr Alter und das Alter des Sternhaufens zu schließen. Weiße Zwerge, die nun durch das Verbrennen von Wasserstoff auf ihrer Oberfläche langsamer abkühlen, könnten zu einer Abweichung bei der Altersschätzung von bis zu einer Milliarde Jahren führen.

"Unsere Entdeckung ist eine Herausforderung für die Definition von Weißen Zwergen, da wir nun eine ganz neue Perspektive für den Alterungsprozess von Sternen in Betracht ziehen müssen", unterstreicht auch Chens Kollege Francesco Ferraro, der die Studie koordiniert hat. "Wir schauen uns nun andere Sternhaufen an, die M 13 ähnlich sind, um herauszufinden, unter welchen Bedingungen sich Sterne eine dünne Hülle aus Wasserstoff erhalten können und dadurch dann langsamer altern."

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

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siehe auch
Gaia: Wenn Weiße Zwerge kristallisieren - 14. Januar 2019
Hubble: Ungewöhnliche Weiße Zwerge in NGC 6397 - 24. April 2009
 
Links im WWW
Chen, J. et al. (2021): Slowly cooling white dwarfs in M13 from stable hydrogen burning, Nat Astron (2021), https://doi.org/10.1038/s41550-021-01445-6 (arXiv.org-Preprint)
ESA/Hubble
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