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Astronomie

Stellarem Reste-Fressen auf der Spur

Künstlerische Darstellung des Weißen Zwerges G29-38, der Material aus seiner zirkumstellaren Trümmerscheibe aufnimmt. Wenn es auf die Oberfläche trifft, bildet sich ein Plasma, das bei der Abkühlung Röntgenstrahlung abgibt. © University of Warwick/Mark Garlick

Einblicke in die letzte Phase planetaren Untergangs: Astronomen haben erstmals direkt erfasst, wie mögliche Überreste von zerstörten Planeten auf die Oberfläche ihres ausgebrannten Muttersterns stürzen. Das Ereignis war von einem speziellen Aufleuchten gekennzeichnet: Die Forscher haben bei einem Weißen Zwerg Röntgenstrahlen detektiert, die beim Aufprall von Gesteinsmaterial auf der Sternoberfläche vom Plasma freigesetzt wurden.

Geburt, Entwicklung und Tod kennzeichnen auch die Geschichte der Sterne und ihrer Planeten: Zu Beginn ballt sich dabei Materie in einer Staub- und Gaswolke immer mehr zusammen, bis schließlich nukleares Feuer zündet und ein Stern den Raum mit Strahlung flutet. Aus dem Restmaterial in seinem Umfeld können sich dann Planeten bilden, die das Zentrum umkreisen. Solche Sterne mit Planetensystemen können dann Jahrmilliarden lang existieren. Im Fall unseres Sonnensystems konnte dabei auf einem kleinen Gesteinsplaneten schließlich ein intelligentes Wesen entstehen, das sich fragt, wie sich unsere kosmische Heimat weiterentwickeln und einmal enden könnte.

Endzeit-Prozesse im Visier

Was Sterne der Kategorie unserer Sonne betrifft, gehen Astronomen davon aus, dass sie sich in Weiße Zwerge verwandeln. In unserer Galaxie wurden über 300.000 Exemplare dieser erloschenen Sterne entdeckt. Es handelt sich dabei um die heißen, aber nur noch schwach leuchtenden Überbleibsel von Sternen, in denen keine Kernfusion mehr stattfindet. Vorausgegangen sind dabei Prozesse, die die Himmelskörper des einstigen Planetensystems des Sterns zerstört oder aus der Bahn geworfen haben können. Die Trümmer der Planeten, ihrer Monde sowie von Asteroiden können sich Weiße Zwerge anschließend einverleiben, so die Annahme.

Für diesen Akkretionsprozess gab es auch bereits astronomische Belege – allerdings nur indirekte. Sie basieren auf spektroskopischen Untersuchungen des Lichts, das uns von Weißen Zwergen erreicht. Es weist dabei die Signaturen von bestimmten Substanzen auf. So konnte gezeigt werden, dass die Atmosphären vieler Weißer Zwerge mit schweren Elementen angereichert sind, die vermutlich von Material stammen, das sie sich einverleiben. „Bisher wurden Akkretionsraten mithilfe der Spektroskopie erfasst und waren von Modellen des Weißen Zwerges abhängig“, sagt Tim Cunningham von der University of Warwick. Astronomen konnten jedoch bislang nicht den Moment dokumentieren, wenn Überreste der einstigen Himmelskörper des Systems auf ihrem erloschenen Mutterstern auftreffen.

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Röntgenstrahlenimpulse beim Finale

Das hat sich nun geändert: Cunningham und seine Kollegen konnten direkte Signale des Auftreffens in Form von Röntgenstrahlen erfassen. Im Visier der Astronomen stand dabei der Weiße Zwerg G29–38. Aus früheren Untersuchungen ging bereits hervor, dass er erst vor relativ kurzer Zeit seinen erloschenen Zustand erreicht hat und von einer Scheibe aus Bruchstücken von Himmelskörpern umgeben ist. Durch Analysen von Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums konnten die Wissenschaftler Röntgenausbrüche bei G29-38 nachweisen, die sie auf das Auftreffen solcher Fragmente zurückführen. Wie sie erklären, entsteht beim Aufprall des Materials auf dem Weißen Zwerg ein extrem heißes Plasma, das sich anschließend auf der Oberfläche absetzt. Dabei kühlt es ab und bei diesem Prozess gibt es dann die Röntgenstrahlenimpulse ab, die nun nachgewiesen wurden.

Den Wissenschaftlern zufolge war es bisher problematisch, die schwache Röntgenstrahlung zu detektieren, die uns von einem Weißen Zwerg erreicht, da sie leicht zwischen anderen Röntgenquellen am Himmel verloren gehen kann. Deshalb nutzten sie Chandra, das normalerweise für den Nachweis von Röntgenstrahlen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen eingesetzt wird. Dank der im Vergleich zu anderen Teleskopen hohen Winkelauflösung konnten sie G29–38 von anderen Röntgenquellen isolieren und auf diese Weise die Veränderungen bei den Röntgenstrahlen des Weißen Zwergs erfassen.

„Unserer Entdeckungen liefern den ersten direkten Beweis dafür, dass sich Weiße Zwerge die Überreste ihrer einstigen Planetensysteme einverleiben“, resümiert Cunningham. „Es ist auch das erste Mal, dass wir eine Akkretionsrate ableiten können, die nicht von detaillierten Modellen der Atmosphäre des Weißen Zwerges abhängt. Bemerkenswert ist dabei, dass die Daten sehr gut mit bisherigen Untersuchungsergebnissen übereinstimmen“, so der Astronom. „Wie wir die Akkretion erfasst haben, stellt jetzt ein neues Verfahren dar, durch das wir diese Systeme untersuchen können. Auf diese Weise können wir Einblicke in das wahrscheinliche Schicksal von Tausenden von bekannten Systemen gewinnen – einschließlich unseres eigenen Sonnensystems“, sagt Cunningham.

Quelle: University of Warwick, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-021-04300-w

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