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Astronomen entdecken exotische „Schwarze Witwe“

Ungewöhnliches System aus "kannibalistischem" Pulsar und zwei Sternen

Pulsar
Pulsare sind schnell rotierende, energiereiche Strahlenbündel aussendende Neutronensterne. Wenn sie Teil eines Doppelsternsystems sind, kann das für ihre Partner allerdings tödlich enden. © Stocktrek/ Getty images

Kosmischer Kannibale: Astronomen haben einen ungewöhnlichen Vertreter der „Schwarzen Witwen“ entdeckt – der Pulsare, die ihre Begleitsterne zerstören. Mit einer Orbitalperiode von nur 62 Minuten sind der Pulsar und sein Begleitstern das engste und schnellste Paar dieser Art. Fehlende Röntgenstrahlung, ein dritter Stern in Bunde und der Ursprung dieses Systems in einem quer durch die Galaxie gewanderten Kugelsternhaufen machen es jedoch ebenso rätselhaft wie außergewöhnlich.

Wie die gleichnamigen Spinnen bringen auch kosmische Schwarze Witwen ihren stellaren Partnern den Tod. Diese schnell rotierende Pulsare bilden mit einem massearmen Begleitstern ein Doppelsystem, zerstören ihren stellaren Partner aber im Laufe der Zeit. Ursache dafür ist die intensive, energiereiche Strahlung des Pulsars und sein starker Sternenwind, die den Begleitstern nach und nach erodieren. Bisher sind erst rund zwei Dutzend solcher „Spinnen“-Pulsare bekannt.

Verräterisches Flackern

Doch jetzt haben Astronomen eine „Schwarze Witwe“ entdeckt, die in gleich mehrfacher Hinsicht ungewöhnlich ist. Dies beginnt schon mit ihrer Entdeckung: Kevin Burdge vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge und sein Team haben das Pulsarsystem nicht über die Röntgen- und Gammastrahlen des Pulsars aufgespürt, sondern über das Flackern seines Begleitsterns. Weil die dem Pulsar zugekehrte Seite heißer ist als die abgewandte, müsste seine Helligkeit je nach Ausrichtung schnell und stark schwanken.

Für ihre Fahndung nach „Spinnen-Pulsaren“ werteten Burdge und sein Team die Beobachtungsdaten der Zwicky Transient Facility in Kalifornien aus, einem Teleskop, das große Himmelsausschnitte nach sich verändernden oder neu auftretenden Phänomenen durchsucht. In den Daten zu rund 20 Millionen Sternen suchten die Astronomen nach Objekten, deren Helligkeit in Abständen von einer Stunde und weniger um den Faktor zehn und mehr schwankte.

Kannibalistischer Pulsar mit nahem Partner

Tatsächlich wurden die Forschenden fündig: Sie entdeckten ein rund 3.000 Lichtjahre entferntes Objekt, das alle 62 Minuten um das rund 13-fache heller wird und dann wieder verblasst. Dieses Muster und die spektralen Merkmale des Systems legen den Astronomen zufolge nahe, dass es sich hier um ein Doppelsystem handelt, in dem ein Partner einseitig stark aufgeheizt ist – wie es bei einer kosmischen Schwarzen Witwe der Fall wäre.

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„Ewas wir sicher wissen ist, dass wir hier einen Stern sehen, dessen Tagseite viel heißer ist als die Nachtseite und dass er im Verlauf von 62 Minuten um etwas anderes herumkreist“, sagt Burdge. „Alles scheint darauf hinzudeuten, dass es sich hier um einen Schwarze-Witwe-Pulsar handelt.“ Sollte dies der Fall sein, wäre das ZTF J1406+1222 getaufte System der erste Pulsar dieser Art, der durch Beobachtungen im sichtbaren Licht aufgespürt wurde. Zudem wäre es das Pulsarsystem mit der kürzesten bekannten Umlaufzeit.

Fehlende Strahlung und ein Dritter im Bunde

Doch das ist noch nicht alles: „Es gibt einige ungewöhnliche Dinge an diesem System, so dass es sich auch um etwas ganz Neues handeln könnte“, erklärt Burdge. So wurde bisher keine von diesem System ausgehende Röntgen- oder Gammastrahlung entdeckt und auch in archivierten Radiodaten war an dieser Position keine Strahlenquelle zu erkennen. Warum diese normalerweise für einen Witwen-Pulsar typische Strahlung bei ZTF J1406+1222 fehlt, ist unklar.

Ungewöhnlich ist auch ein Dritter im Bunde: Ergänzende Beobachtungsdaten des Sloan Digital Sky Survey ergaben, dass das enge, schnell rotierende Paar von einem dritten, deutlich weiter entfernten Stern umkreist wird. Dieser metallreiche Zwergstern hat einen Abstand von rund 600 astronomischen Einheiten und benötigt rund 12.000 Jahre für eine Umkreisung – er ist daher weit lockerer gebunden als das innere Paar.

Einzigartig unter den Pulsaren

Diese hierarchische Tripel-Formation, kombiniert mit der kurzen Umlaufzeit von Pulsar und innerem Partner, unterscheidet diese Schwarze Witwe von allen bisher bekannten Spinnen-Pulsaren, wie die Astronomen erklären. Zudem legen die spektralen Analysen nahe, dass ZTF J1406+1222 wahrscheinlich älter ist als unser Sonnensystem. Das wirft die Frage auf, wo und wie dieses exotische System entstanden ist.

Aus ihren Daten schlussfolgert das Team, dass der Pulsar und seine Begleiter ursprünglich in einem Kugelsternhaufen im Außenbereich der Milchstraße lagen. Dieser Sternhaufen muss dann jedoch bis ins Zentrum der Galaxie gelangt sein, wo er durch Schwerkraftturbulenzen zerrissen wurde. Schon länger spekulieren Astronomen, dass auch die nahe dem galaktischen Zentrum entdeckten Millisekundenpulsare aus solchen zerrissenen Kugelsternhaufen stammen könnten.

„Dieses System ist damit einzigartig für eine Schwarze Witwe, weil wir es im sichtbaren Licht entdeckt haben, es einen zusätzlichen entfernten Begleiter hat und weil es aus dem galaktischen Zentrum gekommen ist“, sagt Burdge. „Es gibt noch vieles, was wir an diesem System nicht verstehen.“ (Nature,2022; doi: 10.1038/s41586-022-04551-1)

Quelle: Massachusetts Institute of Technology

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