21.03.2023

Astronomen entdecken Heliumbrennen auf Weißem Zwergstern

Forscher der Universität Tübingen beteiligt an der Untersuchung eines ungewöhnlichen Supernova-Vorläufersterns

Ein Weißer Zwergstern kann als Supernova explodieren, wenn seine Masse die Grenze von etwa 1,4 Sonnenmassen überschreitet. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Dr. Jochen Greiner vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, in dem Professor Klaus Werner vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen Mitglied ist, fand jetzt ein Doppelsternsystem, in dem Materie von dem Begleiter des Weißen Zwerges auf diesen einströmt. Gefunden wurde das System aufgrund der Kernfusion, die das übergeströmte Gas nahe der Oberfläche des Weißen Zwerges durchmacht. Dadurch wird helle, sogenannte superweiche Röntgenstrahlung ausgesandt. Ungewöhnlich an dieser Quelle ist, dass nicht Wasserstoff überströmt und verbrennt, sondern Helium. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Bisher unbeobachtetes Heliumbrennen auf Weißem Zwerg

Explodierende Weiße Zwerge sind ein wichtiges Instrument für die Kosmologie. Als sogenannte Typ Ia Supernovae (SN Ia) werden alle in etwa gleich hell, sodass man die Entfernung ihrer Heimatgalaxien sehr genau bestimmen kann. Allerdings bleibt auch nach vielen Jahren intensiver Forschung unklar, unter welchen Umständen die Masse eines Weißen Zwergs bis zur sogenannten Chandrasekhar-Grenze, der theoretischen Obergrenze ihrer Masse, anwachsen kann. Als mit dem Röntgensatelliten ROSAT Anfang der 1990er Jahre superweiche Röntgenquellen mit stabilem Wasserstoffbrennen auf ihrer Oberfläche als neue Objektklasse etabliert wurden, galten diese eine Zeit lang als potenzielle Kandidaten für die Vorläufer von SN Ia. Allerdings passt es nicht ins Bild, dass diese Quellen reich an Wasserstoff sind. Denn Supernovae vom Typ Ia zeigen keine Spur von Wasserstoff.

Doppelsternsysteme, in denen ein Weißer Zwerg Helium von einem Begleitstern abzieht und stetig an seiner Oberfläche verbrennt, werden seit über 30 Jahren vorhergesagt, wurden aber bis zur nun in der neuen Studie veröffentlichten Entdeckung nie beobachtet. Das optische Spektrum der vom internationalen Team gefundenen Röntgenquelle ist komplett von Helium dominiert. „Die superweiche Röntgenquelle [HP99] 159 ist bereits seit den 1990er Jahren bekannt, als sie zuerst mit ROSAT und jetzt mit dem Röntgenteleskop eROSITA beobachtet wurde”, führt Jochen Greiner aus, der die Analysen zu dieser Quelle am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) leitet. „Wir konnten sie nun als optische Quelle in unserer Nachbargalaxie, der Großen Magellanschen Wolke, identifizieren. Wir fanden in ihrem Spektrum hauptsächlich Emissionslinien von Helium, die aus der vom Weißen Zwerg aufgesammelten Materie stammen“, ergänzt Klaus Werner.

Sterne ohne Wasserstoffhülle, wie der in [HP99] 159 gefundene Begleitstern, stellen eine wichtige Zwischenphase dar, die im Lebenszyklus von circa 30 Prozent aller Doppelsterne vorkommen sollte. Es sollte viele derartige Sterne geben, allerdings konnten bisher nur wenige beobachtet werden.

Das Team hofft nun, mit eROSITA noch weitere, ähnliche Quellen zu finden. Dies sollte es erlauben, die Bedingungen für die Vorläufer von SN Ia noch besser einzugrenzen. Es gibt offenbar verschiedene Entwicklungswege, die zu den Supernovaexplosionen führen.

Klaus Werner, Institut für Astronomie und Astrophysik/JE, Hochschulkommunikation

Publikation:

J. Greiner, C. Maitra, F. Haberl, R. Willer, J.M. Burgess, N. Langer, J. Bodensteiner, D.A.H. Buckley, I.M. Monageng, A. Udalski, H. Ritter, K. Werner, P. Maggi, R. Jayaraman, R. Vandrespek: A helium-burning white dwarf binary as a supersoft X-ray source. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-023-05714-4
 

Kontakt:

Prof. Dr. Klaus Werner
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