Doppelstern ganz ohne Wasserstoff

Astronomischer Glücksfall: Astronomen haben ein extrem seltenes Doppelsternsystem entdeckt, dessen Sterne praktisch keinen Wasserstoff enthalten. Damit nicht genug: Das Doppelsystem ist so günstig ausrichtet, dass ein riesenhafter Stern darin seinen winzigen Begleiter in sehr kurzen Abständen vollständig verdeckt. Doch der Zwerg verschlingt den Riesen, und beide könnten in einer gewaltigen Explosion enden.

Wenn sich zwei Sterne in einem Doppelsystem zu nahe kommen, wird es explosiv: Die Schwerkraft des einen Sterns zieht Material von seinem Partner ab. Der schwerere Stern, meistens ein Weißer Zwerg, kann dadurch so viel Masse gewinnen, dass er schließlich in einer Nova oder sogar einer Supernova endet. Die auf diese Art entstehenden Supernovae vom Typ 1a sind besonders hell und dienen als sogenannte Standardkerzen, um Entfernungen im All messen zu können.

Extrem seltener Glücksfall

Das ESA-Weltraumteleskop Gaia beobachtete im August 2014 einen Nova-Ausbruch in einem sogenannten kataklysmischen veränderlichen Doppelstern, dem System Gaia14aae. Dieses liegt 730 Lichtjahre entfernt im Sternbild Drache.

Für Astronomen erwies sich dieses Sternensystem als echter Glücksfall: Die Umlaufebene der beiden Sterne liegt von der Erde aus genau in Blickrichtung. Dadurch verdeckt der größere der beiden Sterne den kleineren in regelmäßigen Abständen vollständig – und die Umlaufzeit ist so kurz, dass diese Bedeckung alle 50 Minuten eintritt.

Doppelsystem ohne Wasserstoff

„Es ist selten, dass ein Doppelsystem so genau ausgerichtet ist“, freut sich Heather Campbell von der University of Cambridge. „Dadurch können wir das System mit großer Präzision vermessen und herausfinden, woraus solche Systeme bestehen und wie sie sich entwickeln.“ Und Gaia14aae stellte sich als faszinierende Fundgrube heraus.

Schema der regelmäßigen Sternenbedeckung: Alle 50 Minuten zieht der große Stern an seinem kleinen Partner vorbei. © Royal Astronomical Society

Spektroskopische Analysen mit dem William Herschel Teleskop auf den Kanarischen Inseln zeigten, dass die beiden Sterne vor allem aus Helium bestehen, aber praktisch keinen Wasserstoff enthalten. Das ist extrem ungewöhnlich: Wasserstoff ist das bei weitem häufigste Element im Universum und dient den meisten Sternen als Hauptbrennstoff. Astronomen ordnen solche Doppelsysteme dem Typ AM Canum Venaticorum (AM CVn) zu.

Der Zwerg verschlingt den Riesen

Typisch für diese Systeme ist, dass ein kleiner und heißer Weißer Zwerg einen größeren Begleiter verschlingt. Im Doppelsystem Gaia14aae ist dieser Größenunterschied gewaltig: Der weiße Zwerg hat etwa die Größe der Erde. Seine Dichte ist jedoch so groß, dass ein Teelöffel voll seiner Materie so schwer wäre wie ein Elefant.

Der zweite Stern ist dagegen durch die Gravitationswirkung dieses schweren Zwergs gewaltig aufgebläht: Er ist rund 125 Mal so groß wie unsere Sonne, hat dabei aber nur etwa ein Hundertstel der Masse seines winzigen Begleiters. Die Astronomen vergleichen die Sterne in dem Doppelsystem mit einem Heißluftballon neben einer Murmel.

Von dem seltenen Glücksfall eines AM CVn-Systems mit so genau ausgerichteter und noch dazu häufiger Bedeckung erhoffen sich die Astronomen neue Erkenntnisse über Supernovae des Typs 1a. „Ab und zu explodiert diese Art von Doppelsystem als Supernova“, sagt Koautor Morgan Fraser von der University of Cambridge. „Gaia14aae zu studieren hilft uns dabei, diese hellsten Explosionen im Universum zu verstehen. Ob dieses faszinierende Doppelsystem mit dem explosiven Zusammenprall der beiden Sterne endet, oder ob zuvor der Zwerg den Riesen vollständig verschluckt, ist noch unklar. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2015; doi: 10.1093/mnras/stv1224)

(Royal Astronomical Society, 17.07.2015 – AKR)