Mit Hilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) ist es Astronomen erstmals gelungen, einen Zeitrafferfilm der von einem „Vampirstern“ ausgestoßenen Materie zu erstellen. Der Stern hatte über längere Zeit Materie eines nahen Begleiters eingesogen, bevor es im November 2000 zu einem Ausbruch kam, dessen Verlauf die Astronomen über Jahre hinweg verfolgt haben.
Es handelt sich um einen vielversprechenden Kandidaten für eine Klasse von Objekten, nach der Astronomen bereits seit geraumer Zeit suchen: den Vorläufern so genannter Supernovaexplosionen vom Typ Ia. Solche Explosionen spielen eine Schlüsselrolle bei der Erforschung der Dunklen Energie, die unseren Kosmos erfüllt, so die Forscher in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal“.
„Unangenehme Wissenslücke“
„Welche Arten von Sternensystem explodieren als Supernovae vom Typ Ia? Das ist eine der wichtigen offenen Fragen der modernen Astrophysik“, sagt Patrick Woudt von der Universität Kapstadt, der Erstautor des Artikels. „Da diese Supernovae anderseits eine Schlüsselrolle in den Studien spielen, die nachweisen, dass sich die Expansion unseres Universums beschleunigt, ist dies eine unangenehme Wissenslücke.“
Zielobjekt der neuen detaillierten Studie war das Objekt mit der Bezeichnung V445 Puppis im Sternbild „Achterdeck des Schiffs“ am Südhimmel. Das Objekt war bereits im November 2000 als so genannte Nova auffällig geworden. Novae sind Ereignisse, bei denen ein Stern vorübergehend stark an Helligkeit zunimmt, im Falle von V445 um den beachtlichen Faktor 250. Sie ereignen sich in Sternsystemen, in denen sich ein Weißer Zwerg und ein Begleiterstern umkreisen.
Der Weiße Zwerg zieht Materie von seinem Begleiter ab, die sich um den Zwergstern sammelt, dabei mit der Zeit instabil wird und explodiert. Dabei werden große Mengen an Materie in den Weltraum geschleudert.
Erste Nova ohne Wasserstoff
Üblicherweise handelt es sich bei der aufgesammelten Materie vornehmlich um Wasserstoff. V445 Puppis ist die erste Nova, in der keinerlei Wasserstoff nachgewiesen wurde. Dieser Umstand verweist auf eine Klasse noch viel gewaltigerer Sternexplosionen: auf Supernovae vom Typ Ia.
„Das ist ein Schlüsselergebnis, denn wir wissen, dass auch in Supernovae vom Typ Ia der Wasserstoff fehlt“, so Koautor Danny Steegs von der Universität Warwick in Großbritannien. „Auch der Begleiterstern von V445 Puppis passt in das Schema, da ihm ebenfalls der Wasserstoff fehlt. Stattdessen strömt von diesem Begleiter vor allem Helium auf den Weißen Zwergstern.“
Zweigeteilte Materiehülle
Das Forscherteam um Woudt nutzte das NACO-Instrument, ein Gerät am Very Large Telescope (VLT) der ESO, das die Methode der adaptiven Optik verwendet. Damit lassen sich extrem scharfe Bilder astronomischer Objekte gewinnen. Mit NACO beobachteten die Forscher V445 Puppis über einen Zeitraum von zwei Jahren. Die Bilder zeigen eine zweigeteilte Materiehülle, mit einer anfänglich sehr ausgeprägten Einschnürung in der Mitte. An den äußeren Enden der Hülle sind zudem zwei Verdichtungen zu sehen, die sich mit einer Geschwindigkeit von rund 30 Millionen Kilometern pro Stunde nach außen zu bewegen scheinen.
Die Materie selbst bewegt sich – auch dies erstmalig bei einer Nova beobachtet – mit einer Geschwindigkeit von rund 24 Millionen Kilometern pro Stunde, so die Astronomen. Die zwei Sterne selbst werden von einer dicken Staubscheibe verdeckt, die ebenfalls im Laufe des letzten Ausbruchs entstanden sein dürfte.
Adaptive Optik liefert gute Ergebnisse
„Dass wir auf diesen Bildern unglaublich feine Details sehen können – ihre scheinbare Größe beträgt rund hundert Millibogensekunden, entsprechend einer aus 40 Kilometer Entfernung betrachteten Ein-Euro-Münze – ist allein der adaptiven Optik zu verdanken, wie sie an großen bodengebundenen Teleskopen wie dem VLT der ESO zum Einsatz kommt“, so Steeghs.
Supernovae als „Standardkerzen“
Supernovae sind gewaltige Explosionen am Ende des Lebens bestimmter Sterne. Supernovae vom Typ Ia sind insbesondere deswegen von Interesse, weil sie als „Standardkerzen“ nutzbar sind und es ermöglichen, große Entfernungen im Kosmos zu bestimmen. Auf solchen Entfernungsbestimmungen basieren die Untersuchungen zur Beschleunigung der kosmischen Expansion, die in den aktuellen kosmologischen Modellen auf die Anwesenheit so genannter Dunkler Energie zurückgeführt wird.
Ähnlich wie für Novae nimmt man auch für Supernovae vom Typ Ia an, dass sie in Doppelsternsystemen auftreten, bei denen einer der Sterne ein Weißer Zwerg ist. Ziehen solche Sterne zuviel zusätzliche Materie an sich, so werden sie instabil und explodieren. Gerade im Falle von Supernovae vom Typ Ia haben wir es dabei allerdings mit einem recht komplizierten Prozess zu tun. Die Materie des Begleitersterns bildet zunächst eine zusätzliche Schicht an der Oberfläche des Weißen Zwergs. Wird diese Schicht zu dicht, kommt es zu einer Nova-Explosion – einem vergleichsweise schwachen Ausbruch, bei dem einige der angesammelten Materie in den Weltraum geschleudert wird.
Die Schlüsselfrage ist: Was muss passieren, damit ein Weißer Zwerg trotz dieses Schutzmechanismus genügend weitere Materie ansammeln kann, so dass er am Ende in einer noch gewaltigeren Supernova-Explosion vom Typ Ia vollständig explodiert? Einiges weist nach Angaben der Astronomen darauf hin, dass die Art der angesammelten Materie eine wichtige Rolle spielt: Ein Erkennungsmerkmal für Supernovae vom Typ Ia ist die – durch Untersuchungen des Spektrums ermittelte – Abwesenheit von Wasserstoff, dem häufigsten chemischen Element im Universum.
Weißer Zwergstern mit sehr hoher Masse
Mit Hilfe der NACO-Bilder und zusätzlicher Daten von weiteren Teleskopen gelang es den Astronomen, den Abstand des Systems von der Erde – rund 25.000 Lichtjahre – und seine intrinsische Helligkeit – rund 10.000 Mal heller als die Sonne – zu bestimmen. Diese Helligkeit lässt nach Angaben der Forscher darauf schließen, dass der Weiße Zwergstern in diesem System bereits eine sehr hohe Masse besitzt, nur knapp unterhalb der kritischen Grenze, an der es zur Explosion kommt, dass aber andererseits noch beachtliche weitere Materiemengen des Begleiters auf den Zwergstern strömen.
„Ob V445 Puppis schließlich als Supernova explodieren wird, oder ob das System bei der gerade beobachteten Nova genügend Materie hinausgeschleudert hat, um dieses Schicksal zu vermeiden, ist ungewiss“, sagt Woudt: „Aber zweifellos haben wir es mit einem vielversprechenden Kandidaten für eine zukünftige Supernova vom Typ Ia zu tun.“
(idw – Max-Planck-Institut für Astronomie, 18.11.2009 – DLO)
