Eine Illustration eines massearmen Sterns in einem Doppelsternsystem mit einem weißen Zwergsternüberrest (Bildnachweis: ESO/Digitized Sky Survey 2/N, Risinger (skysurvey.org) ESO/L. Calçada/Universität von Warwick)
Astronomen haben einen rekordverdächtigen Energieausbruch aus dem Weltraum entdeckt und ihn auf ein Doppelsternsystem zurückgeführt, das einen winzigen roten Zwergstern und einen toten stellaren Überrest, einen so genannten weißen Zwerg, enthält.
Das Team vom Knotenpunkt des Internationalen Zentrums für Radioastronomieforschung (ICRAR) an der Curtin University entdeckte den hellen Energieimpuls in archivierten Niederfrequenzdaten des Murchison Widefield Array (MWA). Dieser Radiowellenimpuls mit der Bezeichnung GLEAM-X J0704-37 bricht alle drei Stunden aus, wobei diese Ausbrüche zwischen 30 und 60 Sekunden dauern. Damit ist dieses Signal das am längsten andauernde Beispiel für ein seltenes und extremes Phänomen, das als „langperiodische Radiotransienten“ bezeichnet wird.
Erstmals 2006 entdeckt, haben Astronomen fast 20 Jahre lang über langperiodische Radiotransienten gerätselt, da sie nicht herausfinden konnten, wie genau sie Radiowellen erzeugen. Diese Forschung könnte dieses Rätsel gelöst haben, indem sie eine wahrscheinliche Quelle für diese Energieausbrüche identifiziert hat.
Ein Grund dafür, dass das Rätsel so schwierig war, ist, dass die bisher entdeckten langperiodischen Radiotransienten in Bereichen der Milchstraße lagen, die voller Sterne waren. Das hat es schwierig gemacht, herauszufinden, was diese Ausbrüche von Radiowellen tatsächlich erzeugt.
„Die langperiodischen Transienten sind sehr aufregend, und damit die Astronomen verstehen können, was sie sind, brauchen wir ein optisches Bild“, sagte Natasha Hurley-Walker, Mitglied des Entdeckungsteams und Forscherin an der Curtin University, in einer Erklärung. „Wenn man jedoch in ihre Richtung blickt, sind so viele Sterne im Weg, dass es wie in 2001: Odyssee im Weltraum ist. ‚Mein Gott, ist das voll mit Sternen!’“
Es war jedoch ein Glücksfall, als das Team GLEAM-X J0704-37 entdeckte. Diese bemerkenswerte langperiodische Radiowelle stammt aus einer Entfernung von 5.000 Lichtjahren am Rande der Milchstraße, wo es nur wenige Sterne gibt.
„Unsere neue Entdeckung liegt weit entfernt von der galaktischen Ebene, so dass nur eine Handvoll Sterne in der Nähe sind, und wir sind jetzt sicher, dass vor allem ein Sternsystem die Radiowellen erzeugt“, fügte Hurley-Walker hinzu.
Eine Illustration zeigt einen Weißen Zwerg, der einen kleinen Hauptreihenstern in einem Doppelsternsystem umkreist (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Das Team nutzte das MeerKAT-Teleskop in Südafrika, um den Ursprung von GLEAM-X J0704-37 auf einen bestimmten Stern festzulegen. Der nächste Schritt für die Forscher bestand darin, die Natur des GLEAM-X J0704-37 emittierenden Sternsystems aufzudecken.
Roter Zwerg vs. Weißer Zwerg
Mit Hilfe des Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR) in Chile konnten die Wissenschaftler feststellen, dass es sich bei einem der Sterne an der Quelle von GLEAM-X J0704-37 um einen massearmen roten Zwergstern handelt, der auch als Stern der „M-Klasse“ oder „M-Zwerg“ bezeichnet wird.
Dies stellte das Team vor ein Dilemma.
„Die M-Zwerge sind massearme Sterne, die nur einen Bruchteil der Masse und Leuchtkraft der Sonne haben. Sie machen 70 % der Sterne in der Milchstraße aus, aber kein einziger von ihnen ist mit dem bloßen Auge sichtbar“, erklärte Hurley-Walker. „Ein M-Zwerg allein könnte die Energiemenge, die wir sehen, nicht erzeugen“.
Bei der Auswertung ihrer Daten fand das Team Hinweise darauf, dass der Rote Zwerg mit einem anderen Objekt in einem Doppelsternsystem lebt. Sie stellten fest, dass es sich bei diesem Begleitkörper wahrscheinlich um einen Weißen Zwerg handelt, die abkühlende Sternenglut, die zurückbleibt, wenn ein Stern mit einer Masse etwa so groß wie die der Sonne stirbt.
„Zusammen erzeugen sie Radioemissionen“, so Hurley-Walker.
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Hurley-Walker und Kollegen vermuten, dass starke Magnetfelder in dem System die Emission periodischer Energiestöße verursachen, die denen ähneln, die man von schnell rotierenden Neutronensternen oder „Pulsaren“ kennt. Da sich das System, aus dem GLEAM-X J0704-37 hervorgeht, hoch über der Scheibe der Milchstraße befindet, konnten die Forscher einen hochmagnetischen Neutronenstern oder „Magnetar“ als Quelle dieser langperiodischen Radiowelle ausschließen.
Das Team arbeitet nun hart daran, die Daten zu durchforsten, um die Natur dieses Doppelsternsystems zu bestätigen und genau zu erklären, wie es GLEAM-X J0704-37 gestartet hat.
Die Tatsache, dass GLEAM-X J0704-37 in den letzten 10 Jahren aktiv war und bisher unentdeckt blieb, deutet darauf hin, dass wahrscheinlich noch viele weitere langperiodische Radiotransienten in den Archivdaten zahlreicher Teleskope auf der ganzen Welt, einschließlich des MWA, schlummern.
„Diese langperiodischen Radiotransienten sind neue wissenschaftliche Entdeckungen, und das MWA hat diese Entdeckungen grundlegend ermöglicht“, so MWA-Direktor Steven Tingay in der Erklärung. „Das MWA verfügt über ein 55 Petabyte großes Archiv von Beobachtungen, die eine jahrzehntelange Aufzeichnung unseres Universums darstellen. Das entspricht dem Datenspeicher von 55.000 High-End-Heimcomputern – eine der größten einzelnen Sammlungen wissenschaftlicher Daten weltweit.
„Es ist eine absolute Goldmine für die Entdeckung weiterer Phänomene in unserem Universum, und die Daten sind eine Spielwiese für Astronomen. “Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 26. November in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
