Mysteriöse Pause: Ein rund 1.400 Lichtjahre entfernter Weißer Zwerg gibt Astronomen Rätsel auf. Denn der Sternenrest zeigt immer wieder ein plötzliches, starkes Absacken seiner Helligkeit – die Leuchtkraft fällt innerhalb von nur 30 Minuten drastisch ab. Ein so schneller Wechsel wurde noch nie zuvor bei einem Weißen Zwerg beobachtet, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten. Über die Ursache für diese vorübergehenden Leuchtpausen könne sie bislang nur spekulieren.
Wenn sonnenähnliche Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, enden sie als Weiße Zwerge – ausgebrannte Sternenreste, die allmählich erkalten und dunkler werden. Ist der Weiße Zwerg aber Teil eines Doppelsternsystems, kann er auf Kosten seines Partners neue Vitalität erreichen: Er saugt dem Partnerstern Material ab und heizt dadurch seine Kernfusion neu an. Dies kann so lange weitergehen, bis der Weiße Zwerg sich quasi „überfrisst“, indem er eine kritische Masse überschreitet und als Supernova Typ 1a explodiert.
Merkwürdige Schwankungen
Auf den ersten Blick ist auch der Weiße Zwerg im 1.400 Lichtjahre entfernten Doppelsternsystem TW Pictoris nichts Besonderes: Er saugt seinem kleineren Begleitstern konstant Material in Form von Wasserstoff und Helium ab und leuchtet dadurch für einen Sternenrest ziemlich hell. Schon länger sorgen jedoch widersprüchliche Messungen seiner Leuchtkraft für Rätselraten: Manchmal scheint sich die Helligkeit des Weißen Zwerges um den Faktor drei abzuschwächen.
Um diesem Phänomen auf den Grund zu gehen, haben Simone Scaringi von der Durham University in England und seine Kollegen den Weißen Zwerg von TW Pictoris wiederholt mit dem NASA-Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) in Augenschein genommen. Dieses Teleskop ist darauf spezialisiert, selbst winzige Veränderungen in der Lichtkurve eines Sterns zu detektieren, wie sie beispielsweise von einem vor seinem Stern vorbeiziehenden Exoplaneten verursacht werden.
Abrupt abgeschaltet
Doch als die Astronomen die TESS-Lichtkurven von TW Pictoris auswerteten, entdeckten sie Überraschendes: „Erstaunlicherweise enthüllen die TESS-Beobachtungen abrupte und plötzliche Wechsel in der Leuchtkraft des Systems, bei denen die Helligkeit innerhalb von weniger als 30 Minuten um den Faktor 3,5 abnimmt“, berichten Scaringi und sein Team. Der Weiße Zwerg wurde demnach in kürzester Zeit deutlich dunkler – als hätte er sich selbst abgeschaltet.
„Normalerweise verändert sich die Helligkeit eines akkretierenden Weißen Zwergs nur relativ langsam – über mehrere Tage bis Monate hinweg“, erklärt Scaringi. „Umso außergewöhnlicher ist es, dass die Helligkeit von TW Pictoris in nur 30 Minuten absackte. Das wurde nie zuvor bei einem Weißen Zwerge beobachtet und ist auch von unserem Verständnis solcher Systeme völlig unerwartet. Er scheint sich einfach an- und abzuschalten.“
In den meisten Fällen dauerte es nach diesem „Abschalten“ zwischen einem Tag und bis zu zwei Monaten, bis der Weiße Zwerg wieder seine normale Leuchtkraft erreichte. Die Astronomen beobachteten aber auch mehrfach, dass der abrupte Helligkeitsabfall nur sehr kurz anhielt und sich der Sternenrest quasi sofort wieder erholte.
Magnetbarriere versperrt den Weg
Merkwürdig auch: Selbst während des abrupten Abschaltens und der darauf folgenden Phase geringer Helligkeit hörte der Materiezustrom vom Partnerstern zum Weißen Zwerg nicht auf. Auffallend war jedoch, dass in dieser „dunklen“ Phase vermehrt kurze Strahlungsausbrüche auftraten, die sich alle 1,2 bis 2,4 Stunden wiederholten. „Solche quasiperiodischen Ausbrüche im optischen Bereich gelten als typisch für geringe Massentransferraten“, erklären die Forschenden.
Daraus schließen die Astronomen, dass der Materiestrom zum Weißen Zwerg zwar nicht abreißt, er aber plötzlich weniger Material aufnehmen kann. Eine mögliche Ursache dafür könnte das Magnetfeld des Sternenrests sein: Im „Aus-Zustand“ des Weißen Zwergs bildet das schnell rotierende Feld möglicherweise eine Art magnetische Barriere, die das Gas daran hindert, seine Oberfläche zu erreichen. Obwohl genug Materialnachschub da ist, kann der Weiße Zwerg diesen nur noch in geringem Maß aufnehmen und dadurch sackt seine Helligkeit ab.
Was ist Ursache und was Wirkung?
Mit anderen Worten: Der Weiße Zwerg „verhungert“ quasi vor dem vollen Teller. Nur ab und zu dringt ein Happen Material durch die Magnetbarriere und verursacht die kurzen Strahlenausbrüche. Erst wenn der Sternenrest wieder in den „An-Zustand“ zurückwechselt, fällt die Magnetbarriere weg und er kann ungehindert vom Material seines stellaren Nachbarn zehren. „Dieses Verhalten etabliert ein zuvor unbekanntes Phänomen bei akkretierenden Weißen Zwergen“, konstatieren die Astronomen.
Unklar ist bisher noch, was bei diesen rapiden Wechseln Ursache und was Wirkung ist. Die Magnetbarriere könnte zum einen erst durch ein vorübergehendes Absinken der Akkretionsrate entstehen, wie Scaringi und seine Kollegen erklären. Umgekehrt könnte aber auch eine abrupte Rekonfiguration des Magnetfelds – beispielsweise durch einen Wechsel zwischen zwei metastabilen Zuständen – das An- und Abschalten auslösen.
Ähnlichkeiten zu Millisekundenpulsaren?
Interessant auch: In manchen Aspekten ähnelt das Verhalten des Weißen Zwergs von TW Pictoris dem einiger transienter Millisekundenpulsare – Neutronensternen, die abrupt zwischen starker Röntgenquelle und Radiopulsar wechseln. Auch bei ihnen ist die Akkretion von Materie eines Begleitsterns im Spiel. Nach Ansicht der Astronomen könnten diese Parallelelen dafür sprechen, dass hinter beiden Phänomenen ein ähnlicher Mechanismus steht.
„Diese Entdeckung könnte damit ein wichtiger Schritt sein, um die Prozesse zu verstehen, durch die auch andere Objekte das von ihnen angesaugte Material aufnehmen, und auch, welche Rolle Magnetfelder bei diesem Vorgang spielen“, sagt Scaringi. Die Astronomen hoffen nun, dass sie noch weitere Weiße Zwerge aufspüren können, die ein ähnlich abruptes Abschalten zeigen. Das könnte dabei helfen, das Geheimnis von TW Pictoris und anderen akkretierenden Himmelskörpern zu klären. (Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038/s41550-021-01494-x)
Quelle: Durham University
