Die Supernova Lackluster enthüllt ein seltenes Sternenpaar in der Milchstraße

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Ein ungewöhnliches Sternensystem verursachte mehr Summen und weniger Knall, als es in einer Supernova explodierte.

Die schwache Explosion, die als „extrem abstrakte“ Supernova bekannt ist, entdeckte die beiden Sterne 11.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Es ist die erste bestätigte Entdeckung eines Sternensystems, das eines Tages Kilonovas erzeugen wird – wenn Neutronensterne kollidieren und explodieren und Gold und andere schwere Elemente in den Weltraum schleudern. Es wird angenommen, dass das seltene Sternpaar eines von nur etwa 10 solcher in der Milchstraße ist.

Die Entdeckung ist seit langem im Kommen.

Im Jahr 2016 entdeckte das Neil Gehrels Swift Observatory der NASA einen großen Röntgenblitz, der aus derselben Region am Himmel stammte wie ein heißer, heller Be-Stern.

Astronomen waren neugierig, ob die beiden miteinander verknüpft werden könnten, also wurden die Daten mit dem 1,5-Meter-Teleskop des Cerro Tololo Inter-American Observatory im Norden Chiles erfasst.

Einer, der daran interessiert war, diese Daten zu nutzen, um mehr über den Stern zu erfahren, war Dr. Noel Richardson, der jetzt Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Embry-Riddle Aeronautical University ist.

Im Jahr 2019 rief Clarissa Pavao, eine Studentin an der Universität, Richardson an, während sie einen Astronomiekurs besuchte, um zu fragen, ob er irgendwelche Projekte habe, an denen sie arbeiten könnte, um Erfahrungen in der Astronomieforschung zu sammeln. Er teilte Teleskopdaten mit ihr und während der Pandemie lernte Pavao, wie man mit Daten vom Teleskop in Chile arbeitet und sie bereinigt, um Verzerrungen zu reduzieren.

„Ein Teleskop betrachtet einen Stern und nimmt das gesamte Licht auf, damit Sie sehen können, aus welchen Elementen dieser Stern besteht – aber Be-Sterne haben in der Regel Materiescheiben um sich herum“, sagte Pavao. „Es ist schwer, all diese Dinge aus erster Hand zu sehen.“

Sie schickte ihre vorläufigen Ergebnisse – die so etwas wie ein Streudiagramm aussahen – an Richardson, der erkannte, dass sie eine Umlaufbahn für das Doppelsternsystem bestimmt hatte. Folgebeobachtungen halfen ihnen, die Umlaufbahn des Doppelsternsystems mit dem Namen CPD-29 2176 zu verifizieren.

Aber diese Umlaufbahn war nicht das, was sie erwartet hatten. Normalerweise umkreisen sich Doppelsterne auf einer elliptischen Umlaufbahn. In CPD-29 2176 umkreist ein Stern den anderen in einem kreisförmigen Muster, das sich etwa alle 60 Tage wiederholt.

Die beiden Sterne, einer größer und der andere kleiner, umkreisten einander auf einer sehr engen Umlaufbahn. Im Laufe der Zeit, sagte Richardson, beginnt der größere Stern, seinen eigenen Wasserstoff abzugeben, wodurch Material auf den kleineren Stern freigesetzt wird, der von der 8- oder 9-fachen Masse unserer Sonne auf die 18- oder 19-fache Masse unserer Sonne anwächst. Zum Vergleich: Die Masse der Sonne beträgt das 333.000-fache der Masse der Erde.

Der Hauptstern wurde kleiner und kleiner, während der Nebenstern gebaut wurde – und als er seinen gesamten Treibstoff verbraucht hatte, reichte es nicht mehr aus, um eine massive, energiereiche Supernova zu erzeugen, um das verbleibende Material in den Weltraum zu schleudern.

Stattdessen war die Explosion eher wie ein gescheitertes Feuerwerk, das sich entzündete.

„Der Stern war so erschöpft, dass die Explosion nicht genug Energie hatte, um seine Umlaufbahn in die typische elliptische Form zu bringen, die in ähnlichen Doppelsternen zu sehen ist“, sagte Richardson.

Was nach der Supernova übrig blieb, war ein dichter Überrest, der als Neutronenstern bekannt ist und nun den massiven, sich schnell drehenden Stern umkreist. Das Sternenpaar wird etwa 5 bis 7 Millionen Jahre in einer stabilen Konfiguration verbleiben. Da sowohl Masse als auch Drehimpuls auf den Be-Stern übertragen wurden, setzt er eine Gasscheibe frei, um das Gleichgewicht zu halten und sicherzustellen, dass er sich nicht selbst zerreißt.

Schließlich wird auch der sekundäre Stern seinen Treibstoff verbrennen, sich ausdehnen und Material ausspucken, wie es der erste Stern tat. Aber diese Materie konnte sich nicht einfach auf dem Neutronenstern ansammeln, also würde das Sternensystem die Materie stattdessen durch den Weltraum schießen. Der Sekundärstern wird wahrscheinlich eine ähnlich schwache Supernova erleben und sich in einen Neutronenstern verwandeln.

Im Laufe der Zeit – höchstwahrscheinlich einige Milliarden Jahre – werden die beiden Neutronensterne verschmelzen und schließlich in einem Radius explodieren. Kilonovasetzt schwere Elemente wie Gold ins Universum frei.

„Diese schweren Elemente ermöglichen es uns, so zu leben, wie wir es tun. Zum Beispiel wurde das meiste Gold von Sternen geschaffen, die den Überresten einer Supernova oder einem Neutronenstern in dem von uns untersuchten Binärsystem ähneln. Astronomie vertieft unser Verständnis der Welt und unseres Platz darin.“

„Wenn wir uns diese Dinge ansehen, blicken wir durch die Zeit zurück“, sagte Pavao. „Wir lernen mehr über die Kosmogonie, die uns sagen wird, wohin sich unser Sonnensystem bewegt. Als Menschen haben wir mit denselben Elementen wie diese Sterne begonnen.“

Eine Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde am Mittwoch in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.

Richardson und Pavau arbeiteten auch mit dem Physiker Jean J. Eldridge an der Universität von Auckland in Neuseeland zusammen, der Experte für Doppelsternsysteme und ihre Entwicklung ist. Eldridge überprüfte Tausende von Doppelsternmodellen und schätzte, dass es wahrscheinlich nur 10 in der gesamten Milchstraße gibt, die denen in ihrer Studie ähneln.

Als nächstes wollen die Forscher daran arbeiten, mehr über den Be-Stern selbst zu erfahren, und hoffen, Folgebeobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop durchführen zu können. Auch Pavau strebt einen Abschluss an – und arbeitet mit den neu erworbenen Fähigkeiten weiter in der astrophysikalischen Forschung.

„Ich hätte nie gedacht, dass ich an der Evolutionsgeschichte von Doppelsternsystemen und Supernovae arbeiten würde“, sagte Pavau. „Es war ein erstaunliches Projekt.“