Katastrophales Ende einer Sternpartnerschaft

Neues aus der Forschung

Meldung vom 10.02.2015

Astronomen haben mit Teleskopen der ESO und auf den kanarischen Inseln zwei überraschend massereiche Sterne im Zentrum des Planetarischen Nebels Henize 2-428 entdeckt, die sich gegenseitig umkreisen


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Künstlerische Darstellung von zwei Weißen Zwergen, die miteinander verschmelzen und in einer Supernova vom Typ Ia enden werden.
Illustration: ESO/L. Calçada
M. Santander-García et al. 2015. The double-degenerate, super-Chandrasekhar nucleus of the planetary nebula Henize 2-428. Nature
DOI: 10.1038/nature14124

Astronomen haben mit Teleskopen der ESO und auf den kanarischen Inseln zwei überraschend massereiche Sterne im Zentrum des Planetarischen Nebels Henize 2-428 entdeckt, die sich gegenseitig umkreisen. Dabei werden sie sich langsam einander annähern und in etwa 700 Millionen Jahren miteinander verschmelzen. Dabei kommt soviel Materie zusammen, dass sie eine gewaltige Supernovaexplosion auslösen werden. Die neue Studie, die das Sternpaar vorstellt, erscheint am 9. Februar 2015 in der Zeitschrift Nature.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Miguel Santander-García vom Observatorio Astronómico Nacional, Alcalá de Henares und vom Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) in Spanien hat ein enges Pärchen Weißer Zwerge entdeckt – winzig kleine, extrem dichte Sternüberreste – die zusammen eine Gesamtmasse von etwa 1,8 Sonnenmassen erreichen. Es handelt sich damit um das massereichste derartige Paar, das man bis heute entdeckt hat [1]. Wenn diese beiden Sterne in nicht allzu ferner Zukunft miteinander verschmelzen, wird die instantan einsetzende thermonukleare Explosion den Stern in einer Supernova vom Typ Ia zerreißen [2].

Eigentlich wollten die Wissenschaftler, die das massereiche Pärchen entdeckt haben, ein ganz anderes Problem lösen: Sie wollten herausfinden, warum einige Sterne am Ende ihres Lebens Nebel mit besonders seltsamen, asymmetrischen Formen ausbilden. Eines der Objekte, das sie dafür untersucht haben, war der ungewöhnliche Planetarische Nebel [3] mit dem Namen Henize 2-428.

“Als wir den Zentralstern im Herzen dieses seltsam geformten, leuchtenden Gasnebels mit dem Very Large Telescope der ESO untersuchten, stellten wir fest, dass es sich nicht um einen einzigen, sondern um ein Sternpärchen handelt”, erläutern Koautor Henri Boffin von der ESO.

Diese Entdeckung stützte zunächst nur die Theorie dass doppelte Zentralsterne die ungewöhnliche Form einiger dieser Nebel erklären könnten, aber ein weiteres interessantes Ergebnis stand noch aus.

"Nachfolgebeobachtungen mit Teleskopen auf den Kanarischen Inseln haben es uns dann schließlich ermöglicht, die Umlaufbahnen der beiden Weißen Zwerge zu bestimmen und daraus ihren gegenseitigen Abstand und ihre Massen zu ermitteln. Und dabei gab es dann eine große Überraschung", führt Romano Corradi fort, ein weiterer Koautor der Studie und Wissenschaftler am Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) auf Teneriffa.

Wie sich herausstellte, hat jeder der beiden Sternüberreste eine Masse von etwas unter einer Sonnenmasse. Ihre Umlaufdauer beträgt nur vier Stunden, damit sind sie einander nah genug, um innerhalb der nächsten 700 Millionen Jahre miteinander zu verschmelzen. Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstherorie senden sie dabei Gravitationswellen aus, während sie sich auf spiralförmigen Umlaufbahnen immer näher und näher kommen.

Der bei der Verschmelzung entstehende Stern wird so massereich sein, dass er unvermeidbar in sich zusammenstürzen und als Supernova explodieren wird. "Bis heute war die Entstehung von Supernovae des Typs Ia durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge reine Theorie", erläutert David Jones, ebenfalls Koautor des Fachartikels und zur Zeit der Datennahme ESO-Fellow. “Das Sternpärchen von Henize 2-428 ist einfach unglaublich!”

"Es ist ein wirklich faszinierendes System", schließt Santander-García. "Diese Entdeckung wird die Untersuchung von Supernovae vom Typ Ia, die ja für die Bestimmung von kosmologischen Entfernungen sehr wichtig sind und dementsprechend auch der Schlüssel zu der Entdeckung waren, dass sich das Universum aufgrund der Dunklen Energie beschleunigt ausdehnt, in völlig neue Bahnen lenken".

Endnoten

[1] Die Chandrasekhar-Grenze entspricht der dem maximalen Wert für die Masse, die ein Weißer Zwerg erreichen darf, bevor er unter seiner eigenen Schwerkraft in sich zusammenstürzt. Sie liegt bei etwa 1,4 Sonnenmassen.

[2] Supernovae vom Typ Ia treten immer dann, wenn ein Weißer Zwerg zusätzliche Masse ansammelt – entweder durch Akkretion von einem stellaren Begleiter oder bei der Verschmelzung mit einem anderen Weißen Zwerg. Sobald die Masse die Chndrasekhar-Grenze übersteigt, verliert der Stern seinen inneren Zusammenhalt und beginnt zu kontrahieren. dabei steigt die Temperatur, so dass schlagartig Kernfusionsreaktionen einsetzen, die den Stern in Stücke reißen.

[3] Planetarische Nebel haben nichts mit Planeten zu tun. Die Bezeichnung entstand im 18. Jahrhundert, als man feststellte, dass der Anblick einiger dieser Objekte mit kleineren Teleskopen den Scheibchen der Planeten unseres Sonnensystems ähnelten.


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