Tropfenform weist auf Supernova-Ende hin

1. August 2021
Astronomen haben eine seltene Sichtung gemacht: Aufgrund der verräterischen Tropfenform eines Sterns werden er und sein Begleitstern ein explosives Ende finden. Die charakteristische Form wird durch einen nahen, massereichen Weißen Zwergstern verursacht, der den Stern aufgrund seiner intensiven Schwerkraft verformt. Dies ist auch der Katalysator für die schlussendliche Supernova sein wird, die beide verschlingen wird. Das Sternsystem wurde von einem internationalen Team von Astronomen und Astrophysikern unter der Leitung der University of Warwick gefunden. Es handelt sich hierbei um eines der wenigen bekannten Sternsysteme, bei denen eines Tages der Kern eines Weißen Zwergsterns erneut zündet. Astronomen am MPA bestätigten das endgültige Schicksal des Sterns mit theoretischen Modellierungen.

Künstlerische Darstellung des Systems HD265435 in etwa 30 Millionen Jahren: Der kleinere Weiße Zwerg verzerrt den heißen Unterzwerg und gibt ihm eine "Tränenform".

Das Doppelstern-System mit der Bezeichnung HD265435 befindet sich in etwa 1.500 Lichtjahren Entfernung und besteht aus einem heißen Unterzwerg und einem Weißen Zwerg, die einander in einem engen Abstand und in etwa 100 Minuten umkreisen. Weiße Zwerge sind "tote" Sterne, die ihren gesamten Brennstoff verbrannt haben und in sich selbst kollabiert sind, wodurch sie klein und extrem dicht sind.

Man geht davon aus, dass eine Supernova vom Typ Ia entsteht, wenn der Kern eines solchen Weißen Zwergsterns wieder zündet und es zu einer thermonuklearen Explosion kommt. Hierfür gibt es zwei Szenarien: Im ersten Fall gewinnt der Weiße Zwerg genug Masse hinzu, um das 1,4-fache der Masse unserer Sonne zu erreichen, das sogenannte Chandrasekhar-Limit. HD265435 passt in das zweite Szenario, bei dem die Gesamtmasse eines nahen Mehrfach-Sternsystems nahe oder über dieser Grenze liegt. Bisher sind nur eine Handvoll anderer Sternsysteme bekannt, die diese Grenze erreichen und zu einer Supernova vom Typ Ia führen.

Mit den Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA konnte das Team den heißen Unterzwerg beobachten, der viel heller ist als der Weiße Zwerg. Dieser kann deshalb auch nicht direkt beobachtet werden. Allerdings variiert diese Helligkeit über die Zeit, was darauf hindeutet, dass der Stern durch ein nahe gelegenes, massereiches Objekt in eine Tropfenform verzerrt wird. Mit Hilfe von Messungen der Radialgeschwindigkeit und der Rotationsgeschwindigkeit des Palomar Observatoriums und des W. M. Keck Observatoriums sowie durch die Modellierung der Wirkung des massereichen Objekts auf den heißen Unterzwerg konnten die Astronomen bestätigen, dass der versteckte Weiße Zwerg so schwer ist wie unsere Sonne, aber mit einer Größe die nur etwas kleiner ist als der Erdradius.

Vorhersagen der Entwicklung von heißen Unterzwergen mit einer Masse von 0,63 M und unterschiedlichen Massen der Wasserstoffhülle. Die lila Linie zeigt das favorisierte Modell (ohne Wind) ab dem Beginn der Doppelsternsimulation. Ein Modell mit einem schwachen Wind ist als gestrichelte orange Linie eingezeichnet. Die beobachtete Position des heißen Unterzwerges im Diagramm ist wie angegeben, wobei die Fehlerbalken die systematischen Unsicherheiten der erhaltenen Spektralparameter zeigen.

Theoretische Modelle der MPA-Forscher zeigen, dass der Unterzwerg derzeit etwa die Hälfte seiner erwarteten Lebenszeit hinter sich hat, an deren Ende er ebenfalls zu einem Weißen Zwerg kollabieren wird. In etwa 70 Millionen Jahren wird dies zu einer Supernova führen, wenn er schließlich mit dem anderen Weißen Zwerg verschmilzt, da beide Sterne zusammen die nötige Masse haben, um eine Supernova vom Typ Ia zu verursachen. (Die Gesamtmasse des Systems beträgt 1,65±0,25M.) Auf seinem Weg zum Weißen Zwerg wird der Massentransfer vom Unterzwerg zu einer Reihe von Nova-Ausbrüchen führen – weniger energiereiche Geschwister der verheerenden Supernovae – und so das letztendliche, explosive Schicksal des Doppelsternsystems einläuten.

Supernovae vom Typ Ia sind für die Kosmologie als "Standardkerzen" wichtig. Ihre Helligkeit ist konstant und von einem bestimmten Lichttyp. Somit können die Astronomen die Helligkeit, die diese Explosionen haben sollten, mit dem vergleichen, was wir auf der Erde beobachten, und daraus mit einem guten Grad an Genauigkeit ihre Entfernung berechnen. Durch die Beobachtung von Supernovae in fernen Galaxien kombinieren die Astronomen ihr Wissen über die Geschwindigkeit dieser Galaxien mit der Entfernung von der Supernova und berechnen so die Expansion des Universums. Wie die theoretischen Vorhersagen zeigen, demonstriert das jetzt gefundene System eindrucksvoll, dass Doppelstern-Systeme mit einem Weißen Zwerg und einem Unterzwerg bei der Jagd nach den – noch immer schwer fassbaren – Vorläufern von Supernovae vom Typ Ia berücksichtigt werden müssen.

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