Astronomen haben eine neue Art von Sternexplosion eines Weißen Zwergs entdeckt – ein Mikrometer. Das aus dem Begleitstern extrahierte Material zündet die Fusion und verursacht eine thermonukleare Explosion. Anders als die klassischen neuen Ausbrüche ist diese Kettenreaktion jedoch durch starke Magnetfelder lokal begrenzt und kann sich daher nicht über die gesamte Oberfläche des Sterns ausbreiten, so das Team im Fachblatt Nature.
Wenn sonnenähnliche Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, verwandeln sie sich in Weiße Zwerge – ausgebrannte Sternentrümmer, die allmählich abkühlen. Ist der Weiße Zwerg jedoch Teil eines Doppelsternsystems, kann er zum Kannibalen werden und Material von seinem Trabanten absaugen. Dabei kommt es häufig zu Explosionen in der Akkretionsscheibe von „gestohlenem“ Gas, den sogenannten neuen Zwergen. Allerdings kann das Material in den Rest des Sterns zurückgezogen werden und dort vorübergehend Wasserstofffusion zünden – neu.
Wenn ein Weißer Zwerg Material von seinem Satellitenstern saugt, können die Folgen explosiv sein. © ESO / M. Kornmesser, L. Calçada
Geheimnisvolle Ausbrüche
Astronomen beobachten jedoch seit langem Helligkeitsausbrüche bei einigen Weißen Zwergen, die in keine dieser Kategorien zu passen scheinen. „Während dieser Ausbrüche verdreifachte sich die optische und infrarote Helligkeit in weniger als einer Stunde und nahm dann in etwa zehn Stunden wieder ab“, sagten Simone Scaringi von der University of Durham im Vereinigten Königreich und sein Team.
Das Merkwürdige daran: Die Helligkeitsausbrüche sind zu kurz, zu schwach und zu scharf, um von einem klassischen Neuen zu kommen. Dies liegt daran, dass diese thermonuklearen Explosionen normalerweise einige Tage bis Wochen dauern. Für einen neuen Zwerg treten Eruptionen zu ungleichmäßig auf, manchmal folgen mehrere solcher Eruptionen in kurzen Abständen aufeinander.
Eine völlig neue Form der Explosion
Um diesem Phänomen auf den Grund zu gehen, untersuchten Scaringy und seine Kollegen drei Weiße Zwerge mit solch kurzen Helligkeitsausbrüchen. Sie beobachteten den etwa 1630 Lichtjahre entfernten Weißen Zwerg TV Columbae und seine „Kreaturen“ EI Ursa Majoris und ASASSN-19bh mit dem TESS-Weltraumteleskop der NASA und dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile.
Beobachtungen haben bestätigt, dass die von Weißen Zwergen ausgehenden Helligkeitsausbrüche mit keiner der bekannten Explosionen zusammenfallen. Laut Astronomen soll es sich stattdessen um eine völlig neue Form der thermonuklearen Explosion handeln. „Zum ersten Mal haben wir ein Phänomen entdeckt und identifiziert, das wir Mikronova nennen“, sagte Scaringi.
Micronova: Lokal statt global
Laut Astronomen beruht ein solcher Mikrometer auch auf einer thermonuklearen Explosion und damit einer kurzzeitigen Zündung der Fusion. Doch diese explosive Kettenreaktion ist nur etwa ein Millionstel der Intensität einer neuen. Die dabei freigesetzte Energie ist jedoch immer noch enorm: Eine dieser Eruptionen könnte etwa 20.000 Billionen Tonnen Material verbrennen, was der Masse von 3,5 Milliarden Cheops-Pyramiden entspricht.
„Dieses Ereignis stellt unser Verständnis davon in Frage, wie thermonukleare Explosionen in den Sternen ablaufen“, sagte Scaringi. Denn normalerweise breiten sich solche Kettenreaktionen schnell über die gesamte Oberfläche des Weißen Zwergs aus. Für den Mikron scheint dies jedoch nicht der Fall zu sein: „Angesichts der kurzen Dauer und der freigesetzten Energie muss diese thermonukleare Reaktion auf einen kleinen Bereich der Sternoberfläche beschränkt sein und nur eine begrenzte Menge an Material verbrennen.“ Scaringi und Kollegen schrieben.
Kettenreaktion in der Magnetzelle
Dies wirft die Frage auf, warum und wie das Mikron auf nur einen kleinen Teil der Oberfläche beschränkt bleibt. Astronomen vermuten, dass Magnetfelder dabei eine entscheidende Rolle spielen. Im Gegensatz zu vielen anderen Weißen Zwergen haben die drei Mikrometer großen Kandidaten ein starkes Magnetfeld. Seine Feldlinien können offensichtlich eine Art Zelle für das extrahierte Material bilden und es so auf einen kleinen Bereich der Oberfläche konzentrieren.
„An der Basis der Magnetpole einiger Weißer Zwerge kann Wasserstoffbrennstoff eingefangen werden, sodass die Synthese nur an diesen Magnetpolen stattfindet“, erklärt Co-Autor Paul Grut von der Radbud University in den Niederlanden. Da die für die Fusion erforderliche Dichte und Temperatur nur in dieser kleinen „Zelle“ erreicht werden kann, bleibt die thermonukleare Kettenreaktion lokal begrenzt.
Eine neue Art von Sternausbruch © ESO
Dies ist kein Einzelfall
Laut Astronomen könnte dies bedeuten, dass solche Mikrometer viel häufiger vorkommen als bisher beobachtet. Helligkeitsausbrüche obskuren Ursprungs wurden auch bei einigen anderen Weißen Zwergen beobachtet. „Diese Ereignisse können eigentlich ziemlich häufig sein, aber weil sie so schnell passieren, ist es schwierig, sie im Auge zu behalten“, sagte Scaringi.
Nach einem weiteren Modell findet man Mikrometer vor allem in recht massiven Weißen Zwergen mit starkem Magnetfeld. Nur sie können genug Material auf kleinem Raum konzentrieren, um lokale Synthesen zu entzünden. “Gleichzeitig finden thermonukleare Reaktionen auf solche Objekte in geringeren Tiefen statt, wodurch mehr Strahlung entweichen kann”, erklärten Scaringe und Kollegen. Dadurch sind die Durchbrüche leichter zu erkennen.
Jetzt wollen Astronomen nach weiteren Mikrometern suchen, um mehr über die genauen Mechanismen und Prozesse dieser neuartigen Explosionen zu erfahren. (Nature, 2022; doi: 10.1038 / s41586-022-04495-6)
Quelle: Universität Durham, Europäische Südsternwarte (ESO)
21. April 2022
-Nadia Podbregar
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