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Astronomie

Kosmische Träne vor der Supernova

Künstlerische Darstellung des Systems HD265435: Der kleinere Weiße Zwerg verzerrt den heißen Unterzwerg in eine Tropfenform. (Bild: University of Warwick/Mark Garlick)

Ein stellarer Tanz in charakteristischem Stil: Astronomen haben ein Sternen-Paar entdeckt, bei dem der kleinere Partner offenbar eine Tropfenform annimmt. Dies ist ein Zeichen dafür, dass der „kosmische Tango“ ein explosives Ende nehmen wird: Aus den Massen der beiden Sterne geht hervor, dass in diesen System zu einer Supernova vom Typ Ia kommen wird. Das Doppelsternsystem kann somit Informationen über die Entstehungsprozesse dieser Sternenexplosionen liefern, die in der Astronomie als „Standardkerzen“ zur Bestimmung von Entfernungen benutzt werden.

Manche kosmische Leuchtpunkte sind komplexer, als es zunächst scheint – das ist auch bei HD265435 der Fall. Dieses etwa 1500 Lichtjahre von uns entfernte System steht im Visier der Wissenschaftler um Ingrid Pelisoli von der University of Warwick. Wie sie berichten, ging aus ihren Beobachtungen zunächst hervor, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelt, das aus einem heißen „Unterzwerg“ und einem weißen Zwergstern besteht, die sich eng umkreisen. Weiße Zwerge sind „tote“ Sterne, die ihren gesamten Brennstoff verbrannt haben und in sich selbst kollabiert sind, wodurch sie klein und blass, aber extrem dicht sind.

Ein explosives Duo im Visier

Ein besonders interessanter Aspekt der Weißen Zwerge ist, dass sie unter bestimmten Umständen wieder zünden können, wodurch es zu einer Supernova des Typs Ia kommt. Zu der thermonuklearen Explosion führt dabei ein bestimmtes Merkmal: Der Weiße Zwerg muss das 1,4-fache der Masse unserer Sonne erreichen, was als Chandrasekhar-Limit bekannt ist. Dies kann dadurch entstehen, dass er Material von außen zugeführt bekommt. Wie Pelisoli und ihre Kollegen berichten, ist genau dies beim Doppelsternsystem HD265435 offenbar der Fall.

Im Rahmen ihrer Untersuchungen nahmen sie das Duo mit dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA ins Visier. Wie sie erklären, ist nur der heiße Zwerg des Systems zu beobachten, nicht aber der Weiße Zwerg, da er von seinem Partner überstrahlt wird. Er macht sich allerdings indirekt deutlich bemerkbar: Mithilfe von Radialgeschwindigkeits- und Rotationsgeschwindigkeitsmessungen und durch die Modellierung der Wirkung des massereichen Objekts auf den heißen Unterzwerg konnten die Astronomen auf die Masse des Weißen Zwergs schließen. Er ist demnach so schwer wie unsere Sonne, besitzt dabei aber nur etwa den Durchmesser der Erde.

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Für eine Typ-Ia-Supernova würde diese Masse allein somit nicht ausreichen – doch ein Zuwachs zeichnet sich ab, wie die Astronomen berichten. Die TESS-Daten zeigen Variationen der Helligkeit im Laufe der Zeit, was darauf hindeutet, dass der heiße Unterzwerg durch das nahe massereiches Objekt in eine Tropfenform gezerrt wird. Zusammen mit der Masse des heißen Unterzwerges, der etwas mehr als das 0,6-fache der Masse unserer Sonne besitzt, können die beiden gemeinsam das Chandrasekhar-Limit erreichen und somit eine Supernova vom Typ Ia auslösen, sagen die Wissenschaftler. Bisher wurden nur wenige andere Sternsysteme entdeckt, die diesen Grenzwert wohl erreichen und damit in einer Supernova vom Typ Ia enden werden.

Massenzuwachs bis zum Paukenschlag

„Beim aktuellen Fall ist eine Möglichkeit, dass der Weiße Zwerg bereits genug Masse vom heißen Unterzwerg aufnimmt, indem diesem Materie entweicht und auf den Weißen Zwerg fällt. Eine andere Möglichkeit ist, dass sie sich bis zum Verschmelzen näherkommen, weil sie Energie durch Gravitationswellenemissionen verlieren. Sobald der Weiße Zwerg bei beiden Szenarien genug Masse gewinnt, wird er dann zur Supernova“, erklärt Pelisoli. Aus Modellierungen der Forscher geht hervor, dass der Weiße Zwerg samt seinem Partner in etwa 70 Millionen Jahren unweigerlich in dem thermonuklearen Inferno enden wird.

Wie die Wissenschaftler betonen, haben Informationen über die Entwicklung von Typ-Ia-Supernovae eine weitreichende Bedeutung für die Astronomie. Denn diese Explosionen werden als sogenannte „Standardkerzen“ in der Kosmologie genutzt: Da sie eine einheitliche Helligkeit besitzen sowie einen bestimmten Lichttyp ausstrahlen, lassen sich ihre Entfernungen zur Erde vergleichsweise genau bestimmen. Durch die Beobachtung dieser Supernovae in weit entfernten Galaxien können Astronomen zudem Hinweise auf die Expansionsprozesse des Universums gewinnen.

Allerdings kamen in der letzten Zeit Zweifel über die Genauigkeit der Informationen auf, die Typ-Ia-Supernova liefern können. „Je mehr wir verstehen, wie Supernovae funktionieren, desto besser können wir die Standardkerzen kalibrieren“, sagt Pelisoli. „Das ist wichtig, denn es hat sich eine Diskrepanz zwischen den Informationen abgezeichnet, die wir durch diese Art von Standardkerzen bekommen, und dem, was wir durch andere Methoden erhalten. Je mehr wir darüber wissen, wie sich Supernovae bilden, desto besser können wir verstehen, worauf diese Diskrepanz beruht. Dazu können die aktuellen Beobachtungen somit nun beitragen“, so die Wissenschaftlerin.

Quelle: University of Warwick, Fachartikel: Nature Astronomy, doi:10.1038/s41550-021-01413-0

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