Eine Illustration zeigt einen Stern, der von glühendem Gas und Staub umgeben ist, nachdem er von einem ausgeschlachteten Begleitstern abgestreift wurde.(Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser/S.E. de Mink)
Der Valentinstag wird für einige „küssende Sterne“ – oder, mit anderen Worten, Sterne, die in einem engen Binärsystem existieren und in einem Walzer verwickelt sind, der den einen als geschrumpfte Schale und den anderen als geschwollene Kugel zurückgelassen hat – nicht nur aus Herzen und Blumen bestehen.
Astronomen haben eine Gruppe solcher „seltsamen Paare“ unter die Lupe genommen und dabei entdeckt, dass die Körper offenbar durch einen gefräßigen und im Grunde kannibalischen stellaren Fütterungsprozess entstanden sind. Wie unromantisch.
Das Team unter der Leitung von Robert Klement, Postdoktorand an der Georgia State University, untersuchte mit dem Teleskop des Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) drehende Sterne, die als B-Emissionsliniensterne oder Be-Sterne bekannt sind, und entdeckte schwache Lichtmuster, die von winzigen, umkreisenden, gestreiften Sternen stammen, die als „Unterzwerge“ bezeichnet werden.
Die Untersuchung dieser massereichen Sterne mit den CHARA-Array-Teleskopen hat gezeigt, wie sowohl Unterzwergsterne als auch Be-Sterne entstehen, und damit Licht auf eine Phase im Leben von Doppelsternen geworfen, die lange Zeit geheimnisvoll gewesen ist.
„Die Durchmusterung der Be-Sterne durch das CHARA-Array hat direkt gezeigt, dass diese Sterne durch eine umfassende Umwandlung durch Massentransfer entstanden sind“, so Douglas Gies, Direktor des CHARA-Arrays, in einer Erklärung. „Wir sehen jetzt zum ersten Mal das Ergebnis des stellaren Festes, das zu den gestreiften Sternen führte.“
Wenn sich Doppelsterne zu nahe kommen
Man nimmt an, dass sich
Be-Sterne als Ergebnis intensiver Wechselwirkungen zwischen stellaren Partnern in besonders engen Doppelsternsystemen bilden, insbesondere wenn einer dieser Sterne besonders massereich ist.
Sterne in Doppelsternsystemen existieren in mathematisch definierten, aneinander grenzenden birnenförmigen „Lappen“, die Roche-Lappen genannt werden. Wenn massereiche Sterne altern, können sie sich aufblähen und ihren Roche-Lappen ausfüllen. Wenn dies geschieht, „küssen“ sich die Sterne, da Material vom „Spenderstern“, der den Lappen füllt, auf den anderen Stern übergeht. Dieses stellare Material wandert durch den Mittelpunkt, an dem sich die Lappen treffen, und bildet eine Scheibe um den Fressstern, eine so genannte Akkretionsscheibe, aus der allmählich Material auf die Sternoberfläche fällt.
Dieser kannibalistische Prozess des Massentransfers setzt sich fort, bis der Spenderstern fast alle äußeren Plasmaschichten abgestreift hat und zu einem winzigen heißen Kern geworden ist: Ein Unterzwergstern.
Ein Diagramm zeigt, wie ein Stern anschwillt, um seine Roche-Keule zu füllen und Material an einen Begleitstern abzugeben. (Bildnachweis: Winburne University of Technology)
Das ist jedoch nicht die einzige Folge des Fütterungsprozesses. Die vom Spenderstern abgezogene Materie trägt einen Drehimpuls mit sich, eine Kraft, die auch dem Kannibalenstern zugeführt wird.
Dadurch wird die Rotation des fütternden Sterns beschleunigt, was bedeutet, dass sich diese Sterne unglaublich schnell drehen. Tatsächlich gehören die massereichen Be-Sterne zu den am schnellsten rotierenden Sternen, die je gesehen wurden; einige rotieren so schnell, dass sie Material von ihrem Äquator wegschleudern. Mit der Zeit sammelt sich dieses Material sogar in einer Scheibe um sie herum an.
Abgestreifte Unterzwergsterne, die sich von Be-Sternen ernährt haben, sind in ihrem abgestreiften Zustand nur schwer zu sehen, da sie sich so nahe an diesen massereichen Sternen befinden. Ihre schwachen Emissionen werden von den hellen Emissionen ihrer kannibalischen Begleiter überlagert.
Die sechs Teleskope des CHARA-Arrays auf dem Gipfel des Mount Wilson ermöglichten es den Astronomen, diese schwachen, gestreiften Sterne zu sehen, denn da diese Teleskope zusammen wie ein einziges 330 Meter breites Teleskop wirken, können sie das Licht von Doppelsternen trennen, selbst wenn die Sterne außergewöhnlich nahe beieinander liegen.
Das Team verwendete auch die Kameras MIRC-X und MYSTIC, die an der University of Michigan und der Exeter University in Großbritannien gebaut wurden und die sowohl schwache als auch helle Lichtemissionen eines nahen Objekts aufnehmen können.
Das Ziel dieser zweijährigen Untersuchung war es, herauszufinden, ob die Übertragung von Materie auf Be-Sterne deren Rotation tatsächlich beschleunigt hat.
Rund neun der 37 untersuchten Be-Sterne zeigten schwaches Licht, das für gestreifte Sterne charakteristisch ist. Das Team konzentrierte sich auf sieben dieser Ziele, um die Umlaufbahnen dieser gestrippten Komponenten besser bestimmen zu können, während sie die massereicheren Be-Sterne umkreisen. Dadurch wurde deutlich, wie drastisch der Fütterungsprozess ist, der diese sehr unterschiedlichen Sterne hervorbringt.
„Die Bahnen sind wichtig, weil sie uns erlauben, die Massen der Sternpaare zu bestimmen“, sagte Klement. „Unsere Massenmessungen zeigen, dass gestrippte Sterne fast alles verloren haben. Im Fall des Sterns HR2142 ist der gestrippte Stern wahrscheinlich vom Zehnfachen der Sonnenmasse auf etwa eine Sonnenmasse gesunken.“
Das Team vermutet, dass dies daran liegt, dass sich diese fehlenden Sterne in Weiße Zwerge verwandelt haben und nun viel zu schwach sind, um gesehen zu werden.
Klement wird die Suche nach diesen seltsamen Paaren aus kleinen und großen Sternen demnächst mit dem Very Large Telescope in der Atacama-Wüste in Nordchile auf den südlichen Horizont über der Erde ausweiten. Außerdem wird er das Hubble-Weltraumteleskop nutzen, um das ultraviolette Licht der heißen Unterzwerge weiter zu untersuchen.
„Diese Durchmusterung von Be-Sternen – und die Entdeckung von neun schwachen Begleitsternen – demonstriert die Leistungsfähigkeit von CHARA“, sagte Alison Peck, Programmdirektorin in der Abteilung Astronomische Wissenschaften der National Science Foundation, die das CHARA-Array unterstützt. „Die außergewöhnliche Winkelauflösung und der hohe Dynamikbereich des Arrays ermöglichen es uns, Fragen zur Sternentstehung und -entwicklung zu beantworten, die bisher nicht möglich waren.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Februar in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
