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Eine Illustration eines weißen Zwergsterns, der stellares Material von einem Begleitstern abstreift (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Stellen Sie sich vor, Sie essen so viel, wie Sie vertragen können, werden immer schwerer – und werden dabei immer schlanker. Klingt wie ein Traum, vor allem nach den Festtagen, oder? Nun, vielleicht nicht für alle Menschen im Kosmos. Leider signalisiert die „Schlemmerdiät“, die ein toter Stern gerade macht, seine relativ baldige Zerstörung durch eine heftige Supernovaexplosion. Das ist die Definition von „kein Schmerz, kein Gewinn“.

Die schnelle Drehung dieses Weißen Zwerges, der einem Begleitstern auf vampirische Weise Sternenmaterie entzieht, könnte durch seinen schrumpfenden Radius erklärt werden. Der Weiße Zwerg wird zwar zu unseren Lebzeiten nicht in einer Supernova ausbrechen, aber kosmisch gesehen wird er relativ bald explodieren.

Der Weiße Zwerg oder tote Stern ist der kompakte Begleiter des Sterns HD 49798, der etwa 1 700 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und eine Masse hat, die etwa 1,5 Mal so groß ist wie die der Sonne. Astronomen sind seit 1997 auf der Suche nach diesem mysteriösen Objekt, das Röntgenstrahlen aussendet. Im Jahr 2009 entdeckte das umlaufende Röntgenteleskop der Europäischen Weltraumorganisation XMM-Newton, dass es sich bei dem Objekt tatsächlich um einen Weißen Zwerg handelt, und nannte es RX J0648.0-4418.

RX J0648.0-4418 hat eine Masse, die etwa 1,2-mal so groß ist wie die der Sonne, und ist der sich am schnellsten drehende Weiße Zwerg, der je gesehen wurde. Er rotiert etwa alle 13 Sekunden. Das ist fast doppelt so schnell wie der sich am zweitschnellsten drehende Weiße Zwerg LAMOST J0240+1952, der sich alle 25 Sekunden einmal dreht. Die Rotation von RX J0648.0-4418 ist so schnell, dass sie nicht allein durch seine unersättliche Nahrungsaufnahme erklärt werden kann.

Eine neue Analyse des Forschers Sandro Mereghetti vom Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) bestätigt, dass der Schlüssel zur Geschwindigkeit dieses Vampirsterns die Tatsache sein könnte, dass er schrumpft.

„Der rätselhafteste Aspekt ist die Beschleunigung des akkretierenden kompakten Objekts. Das ist schwer zu erklären, wenn man bedenkt, wie wenig Masse und Drehimpuls akkretiert werden“, so Mereghetti gegenüber kosmischeweiten.de.

Es ist jedoch nicht nur die Geschwindigkeit von RX J0648.0-4418, die dieses System außergewöhnlich macht. Dieses System ist auch der einzige Röntgenlicht emittierende Doppelstern, bei dem ein Weißer Zwerg stellares Material von einem hochentwickelten, Helium verbrennenden, heißen Unterzwergstern abstreift.

„Dieses System unterscheidet sich deutlich von allen anderen uns bekannten Röntgendoppelsternen: Keines von ihnen hat einen heißen Unterzwerg, der Masse auf einen Weißen Zwerg abwirft“, so Mereghetti. „Dies ist wahrscheinlich ein kurzlebiges Stadium in der Entwicklung von Doppelsternen, was die Seltenheit ähnlicher Systeme erklären könnte.“

Kosmische Vampire und Schlittschuhläufer

Weiße Zwerge entstehen, wenn Sternen mit einer Masse, die etwa achtmal so groß ist wie die der Sonne, der Brennstoff ausgeht, den sie für die Kernfusion in ihrem Kern benötigen. Damit endet der nach außen gerichtete Energiefluss, der den Stern gegen seine eigene Schwerkraft stützt. Der Kern des Sterns kollabiert, während die äußeren Schichten aufblähen und schließlich verloren gehen, wobei sie den größten Teil der Masse des Sterns mitnehmen. Während dies für einige Sterne wie die Sonne, die diesen Prozess in etwa 5 Milliarden Jahren durchlaufen wird, zu einem einsamen Tod führt, können Weiße Zwerge mit stellaren Begleitern zu neuem Leben erwachen, indem sie sich von ihren Partnersternen ernähren. Diese Fütterung kann die Rotationsgeschwindigkeit der Weißen Zwerge, die sich von ihnen ernähren, erhöhen.

„Weiße Zwerge in Doppelsternen akkretieren Materie von ihrem Begleitstern. Dieser Materiestrom bildet eine Akkretionsscheibe um den Weißen Zwerg“, so Mereghetti. „Der innere Rand der Scheibe rotiert schneller als der Weiße Zwerg, was bedeutet, dass die Materie, die sich auf der Oberfläche des Weißen Zwerges absetzt, ein Drehmoment erzeugt, das den Stern in die Höhe treibt.“

Ein orangefarbener Wirbel mit einer weißen Kugel in seinem Zentrum neben einer hellblauen Kugel (Bildnachweis: Francesco Mereghetti, Hintergrundbild: NASA, ESA und T.M. Brown (STScI))

Das bedeutet, dass es nicht nur wichtig ist, dass der Weiße Zwerg akkretiert, sondern dass auch der damit verbundene Drehimpuls eine Rolle spielt, wenn man die Rotationsgeschwindigkeit des Weißen Zwerges betrachtet. Dennoch reicht dies nicht aus, um zu erklären, wie schnell sich dieser spezielle Weiße Zwerg dreht.

„Es gibt eine bekannte Beziehung zwischen der Akkretionsrate der Masse und dem Drehimpuls“, fügte Mereghetti hinzu. „Das bedeutet, dass wir bei einer bestimmten Akkretionsrate abschätzen können, wie schnell sich ein Weißer Zwerg drehen würde. Die Akkretionsrate von HD49798 wurde anhand seiner Röntgenleuchtkraft, die ebenfalls von der Akkretionsrate abhängt, recht gut abgeschätzt, und es stellte sich heraus, dass sie nicht ausreicht, um den gemessenen Spin-up zu erzeugen.“

Die Rotationsgeschwindigkeit dieses toten Sterns lässt sich erklären, wenn das Trägheitsmoment des Weißen Zwerges mit der Zeit abnimmt, da sich der Weiße Zwerg zusammenzieht. Etwas ganz Ähnliches passiert hier auf der Erde (wenn auch in viel kleinerem Maßstab), wenn ein sich drehender Eiskunstläufer seine Arme anzieht, um sich schneller zu drehen.

„Weiße Zwerge schrumpfen langsam während der ersten Millionen Jahre ihres Lebens“, sagte Mereghetti. „Dies führt zu einer Änderung des Trägheitsmoments, die das gemessene Hochdrehen dieses Weißen Zwergs erklären kann.“

Während andere Weiße-Zwerge-Binärsysteme, die wir beobachtet haben, Milliarden von Jahren alt sind, ist dieses nur wenige Millionen Jahre alt. Das könnte der Grund sein, warum die Wissenschaftler diesen Weißen Zwerg bei seiner Kontraktion beobachten konnten.

Und was die Lebensdauer von Weißen Zwergen angeht, so hat dieser möglicherweise nur ein kurzes Leben.

Wann wird dieser Weiße Zwerg explodieren?

RX J0648.0-4418 ist nicht nur der sich am schnellsten drehende Weiße Zwerg, der jemals entdeckt wurde, sondern auch einer der massereichsten, den die Menschheit je gefunden hat.

Und das bezieht sich auf die erwartete Lebensdauer.

Die meisten Weißen Zwerge, die wir entdeckt haben, haben etwa die 0,6-fache Sonnenmasse – aber dieser hat die doppelte Masse. Das ist bedeutsam, denn es bedeutet, dass dieser Weiße Zwerg sehr nahe an der sogenannten Chandrasekhar-Grenze von 1,4 Sonnenmassen liegt.

An der Chandrasekhar-Grenze hat ein stellarer Körper genug Masse, um zur Supernova zu werden.

Dieses Bild zeigt SN2014J, eine der nächsten Supernovae vom Typ Ia der letzten Jahrzehnte. (Bildnachweis: NASA, ESA, A. Goobar (Universität Stockholm), und das Hubble Heritage Team)

„Es gibt eine Grenzmasse, die ein Weißer Zwerg aushalten kann. Sie liegt bei etwa 1,4 Sonnenmassen. Der Weiße Zwerg in diesem System ist bereits ziemlich nahe an dieser Grenze, und er akkretiert Masse“, sagte Mereghetti. „Theoretische Berechnungen ergeben leicht abweichende Schätzungen, wann dieses System zur Supernova wird, aber alle sind kürzer als 100 Tausend Jahre“, so Mereghetti. Wenn das nach einer außergewöhnlich langen Zeit klingt, dann ist es das auch, wenn man bedenkt, dass unsere Sonne mittleren Alters etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist. „Die Supernova-Zerstörung dieses Weißen Zwerges wird dadurch beschleunigt, dass die Geschwindigkeit, mit der der Weiße Zwerg seinem Begleiter Materie entzieht, mit zunehmendem Alter des Systems durch die Entwicklung seines Opfer- oder Spendersterns zunimmt. „Der Spenderstern befindet sich jetzt in einem Entwicklungsstadium des Heliumbrennens, in dem er einen dünnen Wind ausstößt, aus dem der Weiße Zwerg Materie aufnimmt“, sagte Mereghetti. „Aber dieser heliumverbrennende Stern wird sich am Ende dieser Phase ausdehnen, und seine äußeren Schichten werden dann eine viel stärkere Anziehungskraft von dem Weißen Zwerg spüren.“

Bevor es in die Luft geht, gibt es noch viel über das Doppelsternsystem HD 49798/RX J0648.0-4418 zu lernen. Mereghetti, der zu dem Team gehörte, das vor 16 Jahren die wahre Natur dieses Systems entdeckte, wird weiterhin seine Geheimnisse entschlüsseln.

„Viele Aspekte der Röntgenemission dieses Doppelsternsystems sind noch nicht sehr gut verstanden, was zum Teil auf die Einzigartigkeit dieses Systems zurückzuführen ist“, so Mereghetti. „Röntgenbeobachtungen mit zukünftigen, empfindlicheren Instrumenten werden dabei helfen.“

Mereghettis Forschungsarbeit ist in einem vorbegutachteten Papier auf der Website arXiv veröffentlicht.