Eine Illustration zeigt die Einstein-Sonde auf der Suche nach kosmischer Röntgenstrahlung (Bildnachweis: Chinesische Akademie der Wissenschaften)
Ein Blitz aus starkem Röntgenlicht, der von einer Novaexplosion auf einem weißen Zwergstern stammt, hat die Aufmerksamkeit der Astronomen erregt, die die chinesisch-europäische Einstein-Sonde benutzen. Diese Nova ist besonders aufregend, weil der Weiße Zwergstern, auf dem sie gefunden wurde, zu einem besonders ungewöhnlichen Doppelsternsystem gehört.
Der hochenergetische Flare wurde am 27. Mai 2024 von einem Sternsystem in der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC), einem benachbarten Trabanten unserer Milchstraßengalaxie, ausgemacht.
„Wir waren auf der Suche nach flüchtigen Quellen, als wir auf diesen neuen Fleck von Röntgenlicht in der SMC stießen“, sagte Alessio Marino vom Institut für Weltraumwissenschaften in Spanien in einer Erklärung. „Wir erkannten, dass wir etwas Ungewöhnliches sahen, [etwas] , das nur die Einstein-Sonde erfassen konnte.“
Die Einstein-Sonde wurde im Januar 2024 gestartet, um das hochenergetische Universum zu erforschen. Zu ihren Instrumenten gehört das Wide-field X-ray Telescope (WXT), das einzige Röntgenteleskop, das sich derzeit in der Umlaufbahn befindet und niederenergetische Röntgenstrahlen mit ausreichender Empfindlichkeit aufspüren kann, um ihre Quellen zu lokalisieren.
Und in diesem Fall war die Quelle eine bizarre Paarung von Sternen.
Einer der Sterne ist ziemlich massereich, insgesamt etwa 12 Mal so schwer wie unsere Sonne. Er wird als „Be“-Stern bezeichnet, was bedeutet, dass er vom Spektraltyp B ist (der zweitwärmste Typ von Hauptreihensternen) und dass er starke spektrale Emissionslinien aufweist.
Sein Begleiter ist ein Weißer Zwergstern, der etwa 20 % massereicher ist als unsere Sonne. Weiße Zwerge sind das Endstadium von sonnenähnlichen Sternen, die ihre äußeren Schichten abgestoßen haben, um ihren Kern freizulegen.
In dieser Dichotomie zwischen den beiden Objekten liegt ein stellares Paradoxon. Ein sonnenähnlicher Stern kann mindestens Hunderte von Millionen Jahren, im Falle der Sonne sogar Milliarden von Jahren, überleben, bevor er zu einem Weißen Zwerg wird. Ein Stern mit einer Masse von 12 Sonnenmassen sollte jedoch nach nur 20 Millionen Jahren als Supernova explodieren. Wie kann es also sein, dass dieser Be-Stern angesichts des enormen Unterschieds in der Lebensdauer mit einem Weißen Zwerg zusammen umkreist?
Die Lösung scheint zu sein, dass der Be-Stern und der Weiße Zwerg sich Material teilen und sich gegenseitig wie Vampire ernähren. Ursprünglich, so glauben die Wissenschaftler, enthielt das System wahrscheinlich zwei Sterne mit einer Masse, die sechs- bzw. achtmal so groß ist wie die unserer Sonne. Je massereicher ein Stern ist, desto schneller verbraucht er seinen Brennstoff für die Kernfusionsreaktionen in seinem Kern, und desto kürzer ist seine Lebensspanne.
Es wäre also der Stern mit acht Sonnenmassen gewesen, der diesen Punkt zuerst erreicht hätte. Als die Fusionsreaktionen in seinem Kern zu stottern begannen, begann der Strahlungsdruck der bei diesen Reaktionen erzeugten Energie abzufallen. Diese Energie hält einen Stern gegen die Anziehungskraft seiner eigenen Schwerkraft aufrecht, und wenn dieser Strahlungsstrom nachlässt, führt dies dazu, dass die Schwerkraft die äußeren Schichten um den Kern kompakter macht und die Temperaturen erhöht, so dass die Fusionsreaktion in den äußeren Schichten des Sterns sporadisch zünden kann. Dies hätte zu Pulsationen geführt, die durch den Stern widerhallten und seine äußeren Enden aufblähten, so dass er zu einem Riesen wurde.
An diesem Punkt wären die äußeren Schichten des riesigen Sterns mit acht Sonnenmassen anfällig dafür geworden, von der Schwerkraft des weniger massereichen Sterns gestohlen zu werden. Zu dieser Zeit waren die beiden Sterne nur wenige Millionen Kilometer voneinander entfernt und umkreisten sich alle drei Tage. Aufgrund dieser Nähe hätte die Schwerkraft des weniger massereichen Sterns damit beginnen müssen, dem massereicheren Stern Material zu entziehen und ihn zu verkleinern. Schließlich wäre der Stern mit sechs Sonnenmassen auf 12 Sonnenmassen angewachsen, während von dem Stern mit acht Sonnenmassen nur noch sein Kern übrig geblieben wäre: ein Weißer Zwerg mit der 1,23-fachen Masse unserer Sonne.
Jetzt revanchiert sich der kompaktere Weiße Zwerg, indem seine Schwerkraft dem Stern mit der Masse von 12 Sonnenmassen loses Material entreißt. Während dieses Material auf den Weißen Zwerg zurückströmt, steigen Druck und Temperatur an der Akkretionsstelle auf der Oberfläche des Weißen Zwerges, bis es zu einer lokalisierten thermonuklearen Explosion kommt. Das Ergebnis ist eine Nova oder ein brillanter Ausbruch von Licht, einschließlich Röntgenstrahlung.
Das hat die Einstein-Sonde gesehen.
Die Schritte bei der Umwandlung eines Paares aus zwei massereichen Sternen in ein System mit einem massereichen Stern und einem Weißen Zwerg. (Bildnachweis: ESA)
„Diese Studie gibt uns neue Einblicke in eine selten beobachtete Phase der Sternentwicklung, die das Ergebnis eines komplexen Materialaustauschs ist, der zwischen den beiden Sternen stattgefunden haben muss“, sagte Ashley Chrimes von der Europäischen Weltraumorganisation in der Erklärung. „Es ist faszinierend zu sehen, wie ein wechselwirkendes Paar massereicher Sterne ein solch faszinierendes Ergebnis hervorbringen kann.“
Der Austausch von Material hat auch das Schicksal der beiden stellaren Objekte verändert. Normalerweise würde ein Stern mit einer Masse von sechs Sonnen das Ende seines Lebens erreichen, indem er zu einem Roten Riesen anschwillt, bevor er seine äußeren Schichten abwirft und einen Weißen Zwerg hinterlässt. Da er jedoch so viel Masse von seinem Begleiter akkretiert hat, ist er dazu bestimmt, als Supernova zu explodieren.
Ein Stern mit einer Masse von acht Solaren liegt genau an der Grenze zwischen Sternen, die sich zu Roten Riesen entwickeln, und Sternen, die zur Supernova werden – aber dieser Stern hat sich stattdessen in einen Weißen Zwerg verwandelt, der eher für weniger massereiche Sterne typisch ist.
Das bedeutet nicht, dass er nicht irgendwann zur Supernova wird. Supernova-Explosionen vom Typ Ia treiben die Zerstörung von weißen Zwergsternen voran, die zu viel Masse angehäuft haben. Der Grenzwert liegt bei der 1,44-fachen Masse unserer Sonne; es wird nicht viel nötig sein, um diesen Weißen Zwerg über den Rand zu drücken, so dass er sich selbst in einer Supernova auslöscht.
Seine einzige Überlebenschance besteht darin, dass sein Begleiter mit 12 Sonnenmassen zuerst explodiert. Es ist nun ein Wettlauf mit der Zeit, welcher der beiden Begleiter am längsten überlebt.
Die Ergebnisse wurden am 18. Februar in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
