Astronomen beobachten seltene Sternhochzeit

Astronomen der Universitäten Tübingen und Potsdam haben einen neuen Sterntyp entdeckt. Bei der Suche 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 diese Sterne, die unter der Leitung von Professor Klaus Werner von der Universität Tübingen gefunden wurden, mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt – der Asche einer Helium-Kernfusion. Die exotische Zusammensetzung ist umso rätselhafter, als die Temperaturen und Durchmesser der Sterne darauf hindeuten, dass in ihnen weiterhin Heliumkerne verschmelzen. Die Ergebnisse wurden in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Der typische Lebenszyklus eines Sterns wie unserer Sonne beginnt mit der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Dann beginnt tief im Inneren des Sterns eine Kernreaktion, die Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff umwandelt. Der Stern „stirbt“ im Laufe von Jahrmillionen und schrumpft zu einem „Weißen Zwerg“.

„Normalerweise erwarten wir, dass Sterne mit der chemischen Oberflächenzusammensetzung der entdeckten Sterne die Heliumfusion in ihrem Zentrum abgeschlossen haben und sich in der Endphase des Weißen Zwergs befinden“, erklärt Klaus Werner vom Institut für Astronomie und Astrophysik. Es ist bekannt, dass es Objekte gibt, die mit Kohlenstoff und Sauerstoff statt mit Wasserstoff bedeckt sind. Als Ursache wird eine explosionsartige Wiederaufnahme der Heliumfusion vermutet, die dann die brennende Asche – Kohlenstoff und Sauerstoff – an die Oberfläche bringt. „Allerdings kann dieses Ereignis diese neu entdeckten Sterne nicht erklären. Sie haben größere Radien und führen in ihren Zentren friedlich die Heliumfusion durch.“

Eine mögliche Erklärung für die Entstehung dieser atypischen Sterne liefert eine parallele Arbeit, die von Astronomen der Universität La Plata (Argentinien) unter der Leitung von Marcelo Miller Bertolami veröffentlicht wurde. „Wir glauben, dass die von unseren deutschen Kollegen entdeckten Sterne durch eine sehr seltene Art der Verschmelzung zweier Weißer Zwerge entstanden sind“, sagt Miller Bertolami, Erstautor des Begleitpapiers.

Die Verschmelzung von Weißen Zwergen in engen Doppelsternsystemen kann auftreten, weil der Abstand zwischen ihren Umlaufbahnen durch die Emission von Gravitationswellen ständig abnimmt. „Das führt normalerweise nicht zur Bildung eines an Kohlenstoff und Sauerstoff angereicherten Sterns“, erklärt Nicole Reindl von der Universität Potsdam. „Wir glauben jedoch, dass in Doppelsternsystemen mit ganz bestimmten Sternmassen ein Weißer Zwerg mit einem Kohlenstoff-Sauerstoff-Kern durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen werden kann. Sein Material wird dann auf die Oberfläche seines weißen Zwerggefährten gekippt, was zur Bildung dieser exotischen Sterne führt.“ Es sind jedoch detailliertere Evolutionsmodelle erforderlich, um das Phänomen vollständig zu erklären.

Die Sterne wurden im Rahmen eines groß angelegten Suchprogramms gefunden, bei dem Forscher kurzlebige, heiße Sterne aufspüren, um die Endstadien der Sternentwicklung besser zu verstehen. Dabei werden beispielsweise die Spektren der Sterne gesammelt und analysiert, um ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Da diese Sterne eine geringe Leuchtkraft haben, erfordert dies große optische Teleskope. Das größte, das zu der neuen Entdeckung beigetragen hat, ist das Large Binocular Telescope in Arizona, bestehend aus zwei großen Hauptspiegeln mit jeweils 8,4 Metern Durchmesser.

Veröffentlichungen:

Klaus Werner, Nicole Reindl, Stephan Geier, Max Pritzkuleit: Entdeckung heißer Unterzwerge, die mit heliumbrennender Asche bedeckt sind. Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, https://academic.oup.com/mnrasl/article-lookup/doi/10.1093/mnrasl/slac005

Marcelo M. Miller Bertolami, Tiara Battich, Alejandro H. Córsico, Leandro G. Althaus, Felipe C. Wachlin: Ein Evolutionskanal für CO-reiche und pulsierende He-reiche Unterzwerge. Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, https://academic.oup.com/mnrasl/article-lookup/doi/10.1093/mnrasl/slab134