Supernova-Fragment rast durch die Milchstraße

Kosmisches Explosions-Relikt: Astronomen haben mehr über eines der schnellsten Objekte unserer Galaxie herausgefunden – den Raserstern LP 40−365. Beobachtungen bestätigen nun, dass es sich um das metallreiche Relikt einer Supernova handelt. Bei dieser explodierte ein Weißer Zwerg, nachdem er sich am aufgesaugten Material seines nahen Begleiters „überfressen“ hatte. Durch die Schwerkraft-Wechselwirkungen des Paares schleuderte die resultierenden Supernova beide Sterne ins All hinaus.

Unsere Sonne und die meisten anderen Sterne der Milchstraße werden von der Gravitation unserer Galaxie festgehalten und umkreisen ihr Zentrum. Doch es gibt Ausnahmen: Schnellläufer-Sterne rasen so schnell durch das All, dass sie der Schwerkraftsenke unserer Galaxie entkommen können. Einige dieser „Rasersterne“ verdanken ihr Tempo einer Wechselwirkung mit dem zentralen Schwarzen Loch, andere wurden bei einer Supernova aus einem Doppelsternsystem ausgeschleudert.

Schnellläufer der ungewöhnlichen Art

Einen dieser rasend schnellen Explosionsreste haben nun Astronomen um JJ Hermes von der Boston University näher untersucht. Der Stern LP 40-365 ist extrem massearm und ähnelt einem sehr kleinen Weißen Zwerg, hat aber eine ungewöhnliche Zusammensetzung. Denn sein Lichtspektrum verrät, dass er kaum Wasserstoff und Helium, dafür aber umso mehr schwerere Elemente wie Neon, Sauerstoff, Magnesium und Eisen enthält.

Schon 2019 vermuteten Astronomen deshalb, dass dieser Schnellläufer kein intakter Weißer Zwerg ist, sondern eine Art angebrannter Rest – das Überbleibsel einer Supernova vom Typ 1a. Sie ereignet sich, wenn ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem zu gierig ist: Er zieht so viel Material von seinem Partner an sich, dass er instabil wird und explodiert. Im Falle von LP 40-365 vermuteten die Forscher, dass der Weiße Zwerg dabei nicht vollständig zerstört wurde. Stattdessen wurde ein großes Fragment ins All hinausgeschleudert – so die Theorie.

Ist es ein Supernova-Fragment?

Das Problem jedoch: Zwar legen neuere Modelle nahe, dass bei rund 20 Prozent der Typ-1a-Supernovae ein Rest übrigbleibt. Ein Nachweis dafür fehlte aber bisher. Jetzt könnten neue Beobachtungsdaten von LP 40-365 entscheidende Indizien dafür liefern. Denn Hermes und sein Team haben den kleinen Raserstern noch einmal mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem TESS-Satelliten der NASA ins Visier genommen.

Die neuen Daten zeigen, dass LP 40-365 mit gut 850 Kilometer pro Sekunde durch die Milchstraße rast – das ist extrem schnell und bestätigt, dass dieser Stern nicht von der Gravitation der Galaxie gebunden ist. „Dieser Stern fliegt so schnell, dass er die Milchstraße fast sicher verlassen wird“, sagt Hermes. Sein Bahn spricht zudem dafür, dass er nicht aus dem Umfeld des zentralen Schwarzen Lochs stammt.

Rotationsrate bestimmt

Das Entscheidende jedoch: Die Lichtkurven der beiden Teleskope zeigen auffallende Helligkeitsschwankungen, die sich im Abstand von rund 8,9 Stunden wiederholen. Diese periodischen Veränderungen sind sowohl im sichtbaren Licht wie im UV-Bereich sichtbar. „Die einfachste Erklärung ist, dass wir hier die Rotation des Objekts sehen“, sagt Hermes. Die Drehung des Sterns kehrt uns abwechselnd hellere und dunklere Bereiche der Oberfläche zu und verursacht so die Schwankungen.

Mit der Rotationsrate verfügten die Astronomen nun über eine Information, die Rückschlüsse auf den Ursprung von LP 40-365 ermöglichte. Mithilfe eines Modells rekonstruierten sie als nächstes, wie schnell sich die Relikte eines explodierten Weißen Zwergs oder seines Gebersterns nach dem Ausschleudern durch eine Supernova drehen würden.

Wer war der Vorgänger?

Das Ergebnis: Der Stern, dem der Weiße Zwerg das Material absaugt, würde sich nach dem Ausschleudern sehr viel schneller drehen als LP 40-365. „Alle Donor-Relikte mit mehr als 0,2 Sonnenmassen haben Rotationsperioden, die unter einer Stunde liegen – in jedem Fall rotieren sie viel schneller als 8,9 Stunden“, berichten Hermes und seine Kollegen. Allerdings müsste sich das Überbleibsel des explodierten Weißen Zwergs ebenfalls schneller drehen als LP 40-365.

Dennoch halten die Astronomen Letzteres für wahrscheinlicher. Sie gehen davon aus, dass es sich bei LP 40-365 um den Rest eines Weißen Zwergs handelt, der seine eigene Supernova überstand – zumindest als Fragment. „Wir können die Kombination von extrem hoher Geschwindigkeit und langsamer Rotation noch nicht vollständig erklären“, so das Team. „Aber es ist noch unwahrscheinlicher, dass LP 40-365 den Donorstern repräsentiert.“

Die Astronomen hoffen nun, dass künftige Beobachtungen mehr Aufschluss bieten. „Wenn wir verstehen, dass mit diesem Stern passiert ist, dann können wir auch das Rätsel anderer, ähnlicher Sterne lösen“, sagt Hermes‘ Kollegin Odelia Putterman. (The Astrophysical Journal Letters, 2021; doi: 10.3847/2041-8213/ac00a8)

Quelle: Boston University