28.02.2022

Verschmelzung weißer Zwerge

Neu entdeckter Sterntyp ist mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt.

Astronomen der Universitäten Tübingen und Potsdam haben einen neuen Typ Sterne entdeckt: Auf der Jagd nach heißen Sternen mit dem Large Binocular Telescope in Arizona stieß das Team auf Sterne mit unge­wöhnlichen Eigen­schaften. Während normale Sternober­flächen aus Wasserstoff und Helium bestehen, sind die Sterne, die unter Leitung von Klaus Werner von der Univer­sität Tübingen gefunden wurden, mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt, der Asche einer Helium-Kernfusion. Die exotische Zusammensetzung ist umso rätsel­hafter, weil Temperaturen und Durchmesser der Sterne anzeigen, dass in ihrem Inneren weiterhin Heliumkerne fusionieren. 

Abb.: Illustration einer Verschmelzung zweier weißer Zwergsterne. (Bild N....
Abb.: Illustration einer Verschmelzung zweier weißer Zwergsterne. (Bild N. Reindl, U. Potsdam)

Der typische Lebenszyklus eines Sterns wie unserer Sonne beginnt mit der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Danach setzt tief im Sterninneren eine Kern­reaktion ein, die Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff umwandelt: Der Stern stirbt im Laufe von Millionen Jahren und schrumpft zu einem weißen Zwerg. „Von Sternen mit der chemischen Oberflächen­zusammensetzung der entdeckten Sterne erwarten wir normaler­weise, dass sie die Heliumfusion im Zentrum beendet haben und sich kurz vor dem Endstadium ihrer Entwicklung zum weißen Zwerg befinden“, sagt Werner. Dass es Sterne gebe, die statt durch Wasserstoff mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt seien, sei bekannt. Als Ursache dafür vermute man ein explosions­artiges Wieder­einsetzen der Heliumfusion, die dann die Brennasche – Kohlenstoff und Sauerstoff – an die Oberfläche bringt. „Dieses Ereignis kann jedoch nicht die neu entdeckten Sterne erklären. Sie haben größere Radien und führen die Helium­fusion friedlich in ihrem Zentrum aus.“

Eine mögliche Erklärung zur Entstehung dieser untypischen Sterne liefern Astro­nomen der Universität von La Plata in Argentinien unter Leitung von Marcelo Miller Bertolami. „Wir glauben, dass die Sterne, die unsere deutschen Kollegen entdeckt haben, durch eine sehr seltene Art von Verschmelzung zweier weißer Zwerge entstanden sind“, sagt Miller Bertolami. Die Verschmelzung weißer Zwerge in engen Doppelstern­systemen kann vorkommen, weil der Abstand ihrer Umlauf­bahnen durch die Emission von Gravitationswellen ständig abnimmt. „Dies führt normalerweise nicht zur Entstehung eines Sterns, der mit Kohlenstoff und Sauerstoff angereichert ist“, erklärt Nicole Reindl von der Universität Potsdam. „Wir glauben jedoch, dass in Doppelstern­systemen mit sehr spezifischen Sternmassen ein weißer Zwerg mit einem Kohlenstoff-Sauerstoff­kern durch Gezeitenkräfte zerrissen werden kann. Sein Material wird dann auf der Oberfläche seines Weißen-Zwerg-Begleiters abgeladen und führt so zur Entstehung dieser exotischen Sterne.“ Zur vollständigen Erklärung des vorge­fundenen Phänomens brauche es allerdings noch genauere Entwicklungs­modelle.

Die Sterne wurden im Rahmen eines großangelegten Suchprogramms gefunden, in dem Forschende kurzlebige, heiße Sterne aufspüren, um die Endphasen der Sternentwicklung besser zu verstehen. Dabei werden die Spektren der Sterne erfasst und analysiert, beispiels­weise um die chemische Zusammen­setzung zu bestimmen. Da diese Sterne wenig Leuchtkraft haben, sind dafür große optische Teleskope nötig. Das größte, das zur neuen Entdeckung beitrug, ist das Large Binocular Telescope in Arizona, bestehend aus zwei großen Haupt­spiegeln von je 8,4 Meter Durchmesser.
 

U. Tübingen / JOL

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