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EROSITA
Erstmals direkte Beobachtung einer Nova
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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13. Mai 2022

Wird ein Weißer Zwergstern von einer anderen Sonne in geringem Abstand umkreist, kann es auf dem Weißen Zwerg zu einer Explosion kommen, die den Stern zwar nicht zerstört, seine Helligkeit aber für kurze Zeit stark ansteigen lässt. Mithilfe des Röntgenteleskops eROSITA ist es im Sommer 2020 gelungen, eine solche Nova direkt zu beobachten.

Nova

Illustration einer Nova: Material, das sich auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs angesammelt hat, explodiert in einem Feuerball aus Röntgenstrahlung. Bild: Annika Kreikenbohm [Großansicht]

"Dabei kam uns auch der Zufall zu Hilfe", erklärt Ole König vom Astronomischen Institut der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in der Dr. Karl Remeis-Sternwarte Bamberg, der gemeinsam mit dem FAU-Astrophysiker Prof. Dr. Jörn Wilms und dem Forschungsteam bestehend aus dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, der Eberhard Karls Universität Tübingen, der Universitat Politécnica de Catalunya in Barcelona und dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam jetzt über die Ergebnisse berichtet. "Solche Röntgenblitze lassen sich kaum vorhersagen, dauern nur wenige Stunden und das Beobachtungsinstrument muss in dieser Zeit auf den Ausbruch zielen", erklärt der Astrophysiker.

Bei diesem Instrument handelt es sich um das eROSITA-Röntgen-Teleskop, das eineinhalb Millionen Kilometer von der Erde entfernt seit 2019 den Himmel nach weichen Röntgenstrahlen durchmustert. Dabei wurde am 7. Juli 2020 starke Röntgenstrahlung in einem Bereich des Himmels gemessen, der vier Stunden vorher noch völlig unauffällig gewesen war. Als das Röntgen-Teleskop vier Stunden später die gleiche Stelle am Himmel erneut musterte, war diese Strahlung wieder verschwunden. Weniger als acht Stunden hatte der Röntgenblitz also gedauert, der vorher das Zentrum des Detektors völlig überbelichtet hatte.

Solche Röntgen-Ausbrüche hatten theoretische Überlegungen bereits vor mehr als 30 Jahren vorgesagt. Sie waren bisher aber noch nie direkt beobachtet worden. Diese Feuerbälle aus Röntgenstrahlen entstehen auf der Oberfläche von Sternen, die eine ähnliche Größe wie unsere Sonne hatten, bevor sie ihre Brennstoffvorräte aus Wasserstoff und später aus Helium tief in ihrem Inneren weitgehend verbraucht hatten. Diese alten Sterne schrumpfen sehr stark zusammen, bis ein "Weißer Zwerg" übrigbleibt, der ähnlich groß wie die Erde ist, aber eine Masse enthält, die ähnlich groß wie unsere Sonne sein kann.

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"Diese Verhältnisse kann man sich an einem Beispiel gut vorstellen", erklärt Wilms: "Stellt man sich die Sonne in der Größe eines Apfels vor, hätte die Erde die Dimension eines Stecknadelkopfes, der in zehn Meter Entfernung um den Apfel kreist." Verkleinert man wiederum einen Apfel auf die Größe eines Stecknadelkopfes, behält dieses winzige Teilchen das vergleichsweise riesige Gewicht des Apfels. "Ein Teelöffel Materie aus dem Inneren eines Weißen Zwergs hat daher leicht die Masse eines Lastkraftwagens", so Wilms weiter.

Diese ausgebrannten Sterne bestehen hauptsächlich aus Sauerstoff und Kohlenstoff und sind immer noch sehr heiß. Sie leuchten daher weiß. Nur ist diese Strahlung schwach und lässt sich daher von der Erde aus gesehen kaum entdecken. Es sei denn, der alte Stern wird von einem Stern begleitet, in dem noch Fusionsprozesse ablaufen und von dem dann Material auf ihn übergehen kann. "Dieser Wasserstoff kann sich mit der Zeit zu einer nur wenige Meter dicken Schicht auf der Oberfläche der Sternenleiche sammeln", erklärt Wilms. In dieser Schicht aber erzeugt die riesige Schwerkraft einen gigantischen Druck, der so groß werden kann, dass dort das Sternenfeuer wieder zündet. In einer Kettenreaktion entsteht rasch eine riesige Explosion, in der die Wasserstoffschicht wieder abgesprengt wird.

Die Röntgenstrahlung einer solchen Explosion hat dann am 7. Juli 2020 die Detektoren von eROSITA getroffen und überbelichtet. "Mit Modellrechnungen, mit denen wir ursprünglich die Entwicklung des Röntgen-Instruments begleitet hatten, konnten wir dann in einer aufwändigen Arbeit das eigentlich überbelichtete Bild genauer analysieren und so erstmals einen Blick hinter die Kulissen einer solchen 'Nova' genannten Explosion eines Weißen Zwergs werfen", schildert Wilms die weitere Forschung.

Nach diesen Ergebnissen sollte der Weiße Zwerg ungefähr die Masse unserer Sonne haben und damit relativ groß sein. Bei der Explosion entstand ein 327.000 Grad heißer Feuerball, der damit rund sechzigmal wärmer als unsere Sonne war. Weil bei solchen Novae der Energie-Nachschub fehlt, kühlen sie rasch aus, und die Röntgenstrahlung wird weicher, bis sie schließlich zu sichtbarem Licht wird, das einen halben Tag nach der eROSITA-Entdeckung auch die Erde erreichte und mit optischen Teleskopen beobachtet wurde.

"Es tauchte dann ein scheinbar heller Stern auf, der sogar mit dem Auge sichtbar war", berichtet König. Solche scheinbaren "neuen Sterne" wurden auch früher schon beobachtet und wegen ihres unverhofften Auftauchens "Nova Stella" genannt, was "neuer Stern" bedeutet. Weil diese Nova aber erst nach dem Röntgenblitz sichtbar wird, ist eine Vorhersage für solche Ausbrüche sehr schwierig, die daher eher zufällig die Röntgen-Detektoren treffen. "Da hatten wir wirklich Glück", freut sich König.

Über die Beobachtungen berichtete das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist. 

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siehe auch
MAGIC: Blick auf die Nova RS Ophiuchi - 19. April 2022
BRITE: Erstmals kompletten Nova-Ausbruch beobachtet - 15. April 2020
RS Ophiuchi: Explosion auf einem toten Stern - 25. Juli 2006
Links im WWW
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