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Weißer Zwerg gibt Rätsel auf

Nie zuvor beobachtete Kombination von Merkmalen deutet auf Verschmelzung hin

Weiße Zwerge
Zwei Weiße Zwerge bei der Verschmelzung – auf diese Weise könnte der rätselhafte Sternenrest WDJ0551+413 entstanden sein. © University of Warwick/ Mark Garlick

Unerklärlich anders: Astronomen haben einen Weißen Zwerg entdeckt, der in gleich mehrfacher Hinsicht einzigartig ist. Denn dieser Sternenrest ist fast doppelt so schwer wie typische Weiße Zwerge und besitzt eine nie zuvor beobachtete Mischung von Wasserstoff und Kohlenstoff in seiner Hülle. Er bildet damit eine ganz neue Klasse. Die Forscher vermuten, dass er durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge entstanden ist.

Ein Weißer Zwerg entsteht, wenn ein sonnenähnlicher Stern das Ende seines Lebenszyklus erreicht. Er bläht sich erst zum Roten Riesen auf und schleudert dann seine äußeren Hüllen ins All hinaus. Der übrigbleibende Sternenkern kollabiert zum Weißen Zwerg– einem kleinen, aber dichten Sternenrest. Er besteht größtenteils aus Kohlenstoff und Sauerstoff, umgeben von einer Hülle aus Helium und ganz außen Wasserstoff. So weit, so bekannt.

„Noch nie zuvor gesehen“

Doch nun haben Astronomen um Mark Hollands von der University of Warwick einen Weißen Zwerg entdeckt, der nicht ins klassische Bild passt. Der WDJ0551+4135 getaufte Sternenrest liegt rund 150 Lichtjahre von uns entfernt und wurde vom Gaia-Satelliten der ESA aufgespürt. Doch seine Merkmale sind extrem ungewöhnlich, wie die Forscher erklären.

„Dieser Stern sticht heraus als etwas, das wir so noch nie zuvor gesehen haben“, sagt Hollands. Zum einen ist der Weiße Zwerg deutlich schwerer als für diese Sternenreste typisch: Er umfasst 1,14 Sonnenmassen, fast doppelt so viel wie die meisten anderen Weißen Zwerge. Zum anderen bewegt er sich schneller als es für Weiße Zwerge seiner Altersklasse üblich ist. Das könnte darauf hindeuten, dass er älter ist als es angesichts seiner Temperatur auf den ersten Blick scheint, wie die Forscher erklären.

Einzigartige Elementmischung im Spektrum

Am merkwürdigsten aber ist die Zusammensetzung dieses Weißen Zwergs: Sein mit dem William Herschel Telescope ermitteltes Spektrum ähnelt in Bezug auf den Wasserstoff zwar der üblichen Signatur dieser Sternenreste. „Aber zusätzlich besitzt er zahlreiche Absorptionslinien von atomarem Kohlenstoff – das macht WDJ0551+4135 zum ersten Weißen Zwerg mit dieser spektralen Klasse“, berichten die Astronomen.

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Das Ungewöhnliche daran ist die Kombination der Elemente. Denn es gibt durchaus Weiße Zwerge, bei denen Kohlenstoff aus tieferen Schichten an die Oberfläche gelangt. Dann aber ist dieser meist nur mit Helium gemischt, Wasserstoff ist in solchen Spektren dagegen kaum detektierbar. „Eine Kombination aus Wasserstoff und Kohlenstoff ist unerwartet, denn zwischen beiden müsste eine dicke Schicht Helium sein, die diese Mischung verhindert“, erklärt Hollands.

Produkt einer Verschmelzung?

Diese eigentümliche und einzigartige Merkmalskombination gibt den Forschern Rätsel auf. „Wir haben eine Zusammensetzung, die wir mit normaler stellarer Evolution nicht erklären können, eine doppelt so hohe Masse wie üblich und noch dazu ein kinematisches Alter, das nicht mit der Abkühlungsrate übereinstimmt“, sagt Hollands. „Wir wissen inzwischen ziemlich genau, wie ein Stern zum Weißen Zwerg wird – und ein solches Resultat kann es eigentlich dabei nicht geben.“

Nach Ansicht der Astronomen kann WDJ0551+4135 daher nicht auf normalem Wege aus einem Vorläuferstern entstanden sein. Sie vermuten stattdessen, dass er durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge gebildet wurde. Nach einer solchen Verschmelzung hätte das resultierende Objekt zunächst eine heiße, kohlenstoffhaltige Atmosphäre, wie die Forscher erklären. Als dann der Sternenrest etwas abkühlte, könnte Wasserstoff aus dem Inneren an die Oberfläche gestiegen sein –und die seltsame Elementmischung entstand.

Trotzdem noch ungewöhnlich

„Das ist der einzige Weg, um dieses Objekt zu erklären“, sagt Hollands. Auch die große Masse und die Diskrepanzen bei der Altersmessung würden dazu passen. Denn nach Schätzung der Forscher ereignete sich die Verschmelzung vor rund 1,3 Milliarden Jahren und setzte die altersbedingte Abkühlung des Sternenrests wieder auf „null“. Die Vorläufer von WDJ0551+4135 aber existierten vermutlich schon lange vorher – und das führt zu den beobachteten Widersprüchen.

Sollte sich die Hypothese von der Verschmelzung bestätigen, wäre WDJ0551+4135 aber noch immer selten und ungewöhnlich. Denn bisher kennen Astronomen nur eine Handvoll Weißer Zwerge, die aus zwei Vorläufern hervorgegangen sind – und diese sind meist weniger massereich. Mit 1,14 Sonnenmassen könnte WDJ0551+4135 dagegen einer Explosion als Supernova nur haarscharf entgangen sein.

Die Astronomen hoffen nun, durch weitere Beobachtungen zu klären, ob WDJ0551+4135 tatsächlich aus zwei verschmolzenen Weißen Zwergen besteht. Wäre das der Fall, müsste der Sternenrest beispielsweise relativ schnell rotieren. Zudem setzen sie auf weitere Erkenntnisse zur Zusammensetzung des Rätselobjekts: „In Zukunft könnten wir die Asteroseismologie nutzen, um aus dem Pulsieren des Weißen Zwergs auf die Zusammensetzung seines Kerns zu schließen“, sagt Hollands. „Das wäre eine unabhängige Methode, um die Verschmelzung zu bestätigen.“ (Nature Astronomy, 2020; doi: 10.1038/s41550-020-1028-0)

Quelle: University of Warwick

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