Blick in das Innere eines weißen Zwergs

Die meisten Sterne im Universum enden als weiße Zwerge – kompakte Objekte kaum größer als die Erde, die langsam abkühlen. In der Kosmo­logie spielen weiße Zwerge eine wichtige Rolle: Die Ver­schmel­zung von zwei weißen Zwergen führt zu einer Super­nova des Typs Ia, und diese Explo­sionen dienen den Forschern als Standard­kerzen bei der Ver­messung des Kosmos. Gleich­wohl ist über ihren inneren Aufbau recht wenig bekannt. Sie bestehen aus einem Kern aus heißer ent­arteter Materie extrem hoher Dichte, umgeben von einer dünnen, leuch­tenden Photo­sphäre. Aber wie groß ist der zentrale homo­gene Kern und wie hoch der Anteil ein­zelner Elemente in diesem Kern? Auf diese Fragen liefern nume­rische Modelle der Stern­ent­wick­lung bislang nur unge­naue Ant­worten.

Noemi Giammichele von der Universität Toulouse und ihren Kollegen ist es jetzt gelungen, einen Blick in das Innere eines weißen Zwergs zu werfen. Ähnlich wie bei der irdischen Seis­mo­logie die Analyse von Erd­beben­wellen Rück­schlüsse auf den inneren Aufbau der Erde erlaubt, können Astro­nomen aus der Unter­suchung von Schwin­gungs­moden von Sternen Erkennt­nisse über deren innere Struktur gewinnen. Der große Vor­teil: Die Astero­seismo­logie liefert Ergeb­nisse, die völlig unab­hängig von den Modellen der Stern­ent­wick­lung sind.

Das Team griff auf Archivdaten des Weltraumteleskops Kepler zurück, das von 2009 bis 2013 die Hellig­keit von 150.000 Sternen über­wacht hatte. Haupt­ziel der Mission war zwar die Ent­deckung von Planeten bei anderen Sternen, das Welt­raum­tele­skop lieferte zugleich aber auch wert­volle Daten über viele ver­änder­liche Sterne. So auch über den pulsie­renden weißen Zwerg KIC 08626021. In den von Kepler gesam­melten Daten, die einen Zeit­raum von insge­samt 23 Monaten über­decken, konnten Giammichele und ihre Kollegen acht indi­vi­duelle Schwin­gungs­moden mit Perioden im Bereich von 143 bis 376 Sekunden nach­weisen.

Diese fütterten die Forscher in ein parametrisches – also von der Stern­ent­wick­lung unab­hängiges – Modell des inneren Auf­baus des weißen Zwergs. Für den zentralen homo­genen Kern liefert der beste Fit an die Daten eine Masse von 0,45 Sonnen­massen mit einem Sauer­stoff­anteil von 86 Prozent. Damit ist der Kern des weißen Zwergs 40 Prozent größer und enthält 15 Prozent mehr Sauer­stoff als es die besten Modelle der Stern­ent­wick­lung vorher­sagen. Das sei nicht nur eine Heraus­forde­rung für die Theorie der Stern­ent­wick­lung, sondern könne Konse­quenzen für die Ver­messung des Kosmos mit­hilfe von Super­novae haben, betonen die Wissen­schaftler. Denn mehr Sauer­stoff im Kern eines weißen Zwergs bedeutet zugleich weniger Kohlen­stoff und damit im Falle einer Explo­sion als Super­nova eine signi­fi­kant geringere Pro­duk­tion des Isotops Nickel-56. Das wiederum beein­flusst direkt die Licht­kurve einer Super­nova des Typs Ia, die durch den Zerfall von Nickel-56 ange­trieben wird.

Rainer Kayser

RK