Stellares Himmelsschauspiel: In den nächsten Tagen oder Wochen wird am Himmel eine Nova aufleuchten – die Explosion eines Weißen Zwergs im Sternbild „Nördliche Krone“. Diese Nova wird mit bloßem Auge sichtbar sein – und es könnte jeden Moment soweit sein. Was aber ist eine Nova? Was wird dabei zu sehen sein? Und was ist an dieser Explosion so besonders?
Schon vor mehr als 800 Jahren staunten Gelehrte über das plötzliche Aufleuchten „neuer Sterne“ am Himmel. Einige dieser Himmelsereignisse gehen nicht auf klassische Supernovas zurück, sondern auf eine Nova – eine wiederkehrende thermonukleare Explosion in der Hülle eines Weißen Zwergs. Jetzt ist es wieder soweit: Das System T Coronae Borealis steht kurz vor der Eruption. Für die Astronomie ist dies ein besonderes und in vieler Hinsicht einzigartiges Ereignis.
Die Nova von T Coronae Borealis
Ein Stern explodiert
Es gibt nur wenige stellare Ereignisse, die mit bloßem Auge am Himmel sichtbar werden. Jetzt steht eines davon unmittelbar bevor. Schon seit Anfang 2024 erwarten Astronomen, im Sternbild „Nördliche Krone“ (Corona Borealis) ein helles Aufleuchten zu sehen – die Explosion eines Weißen Zwergs in einer Nova. Ihren Beobachtungen zufolge könnte es nun jeden Tag so weit sein.
„Es ist ein Ereignis, das nur einmal im Leben vorkommt“, sagt Astronomin Elizabeth Hays vom Goddard Space Flight Center der NASA. Denn diese Art von Sternexplosionen sind relativ selten – erst recht in unserem nahen Umfeld. „Typischerweise sind Nova-Ereignisse weit entfernt und so schwach, dass ihr genauer Zeitpunkt nur schwer zu bestimmen ist“, erklärt Hays. „Aber diese Nova wird sich in unserer Nähe ereignen.“ Der explodierende Weiße Zwerg liegt nur rund 2.800 Lichtjahre von uns entfernt.
Was sehen wir bei der Nova?
Durch die Explosion wird das unscheinbare Doppelsystem T Coronae Borealis in der Nördlichen Krone für kurze Zeit so hell aufleuchten wie der Nordstern. Normalerweise ist T CrB wegen seiner geringen Helligkeit von nur 10,8 Magnituden mit bloßem Auge nicht sichtbar. Er liegt in einem dunklen Bereich knapp unterhalb des zweiten Sterns von links in diesem gebogenen Sternenband. Doch durch die Nova wird sich die Helligkeit bis auf Magnitude 2 erhöhen – und wir sehen plötzlich einen hellen Lichtpunkt aufstrahlen.
Zu sehen ist die Sternexplosion auch von Deutschland auch – sofern sie bis spätestens Ende September eintritt. Denn bis dahin steht die Nördliche Krone abends noch über dem Horizont. Zurzeit können wir sie in der ersten Nachthälfte am Westhimmel sehen, im Laufe des Septembers wird das Sternbild jedoch immer früher untergehen und steht daher kurz nach Sonnenuntergang nur noch wenige Handbreit über dem westlichen Horizont. Die helle Nova wird jedoch selbst in der Dämmerung noch zu erkennen sein.
Rund eine Woche lang wird die Nova am Himmel sichtbar bleiben, bevor der helle Lichtpunkt wieder verblasst. „Die beste Zeit für eine Beobachtung mit bloßem Auge ist etwa einen Tag nach der Eruption. Aber die Nova wird noch einige Tage lang sichtbar bleiben“, erklärt Hays.
Schon im Mittelalter entdeckt
Schon vor gut 800 Jahren staunten Menschen über eine solche Explosion von T Coronae Borealis, denn dieses Ereignis wiederholt sich alle rund 80 Jahre: „Am frühen Abend, war ein wunderbares Zeichen bei einem Stern im Westen zu sehen: Dieser normalerweise schwachleuchtende Stern erstrahlte einige Zeit lang mit großem Licht, um dann zu seiner ursprünglichen Schwäche zurückzukehren“, beschrieb schon der Mönch Burchard, Abt eines Klosters bei Augsburg, im Jahr 1217. Es ist die erste dokumentierte Beobachtung dieser Nova. Die beiden letzten Wiederholungen ereigneten sich 1866 und 1946.
Damit ist T Coronae Borealis eine astronomische Besonderheit. Denn Astronomen kennen zurzeit zwar rund 400 Sterne, bei denen schon einmal eine Nova beobachtet wurde. Jedes Jahr kommen zudem etwa ein Dutzend weitere solcher Sternexplosionen hinzu. Allerdings ereignen sich die meisten davon so weit entfernt, dass kaum Details erkennbar sind. Die meisten Novae brauchen zudem tausende bis hunderttausende von Jahren, bis sie sich wiederholen – es ist daher eher ein Glücksfall, wenn eines dieser Ereignisse zu unseren Lebzeiten beobachtet wird.
Bei T Coronae Borealis aber ist dies anders. Zum einen liegt dieses System quasi vor unserer kosmischen Haustür, zum anderen gehört es zu den wenigen Nova-Urhebern mit Wiederkehr-Perioden von weniger als hundert Jahren. „Es kommt im Laufe eines Menschenlebens nicht oft vor, dass wir eine solche Eruption sehen und noch seltener eine, die uns so nahe ist“, sagt Nova-Forscherin Rebekah Hounsell von der NASA. „Es ist unglaublich aufregend, jetzt quasi in der ersten Reihe zu sitzen.“
Aber warum sind diese Ereignisse so selten? Und wie kommt eine solche Explosion zustande?
Wie das Himmelsereignis zustande kommt
Was ist eine Nova?
Urheber einer Nova ist ein Weißer Zwerg – der kleine, kompakte Überrest eines ausgebrannten Sterns. Diese Sternenrelikte sind oft kleiner als die Erde, aber so schwer wie ein mehr als hundertfach größerer Stern. Sie entstehen, wenn ein sonnenähnlicher Stern sich erst zum Roten Riesen aufbläht und dann seine Hüllen ausschleudert. Übrig bleibt der extrem verdichtete Sternenkern. Auch unsere Sonne wird in gut sieben Milliarden Jahren zu einem solchen Weißen Zwerg werden.
Normalerweise ist das weitere Schicksal eines Weißen Zwergs eher unspektakulär: Er strahlt als Sternrelikt vor sich hin und wird dabei immer kühler und dunkler. Anders ist dies jedoch, wenn der Weiße Zwerg Teil eines Doppelsternsystems ist – so wie auch bei T Coronae Borealis der Fall. In diesem System kreisen ein Weißer Zwerg und ein Roter Riese im engen Abstand von nur einer halben Astronomischen Einheit umeinander. Auf das Sonnensystem übertragen entspräche dies einem Abstand von der Sonne bis zu einer Bahn etwa mittig zwischen Merkur und Venus.
Bei dieser engen Umkreisung wird der schwerere Weiße Zwerg zum stellaren Kannibalen: Durch seine größere Anziehungskraft saugt er seinem Partnerstern Material ab und zieht große Mengen Gas aus der Hülle des aufgeblähten Roten Riesen. Um den Weißen Zwerg entsteht dadurch eine dichte Scheibe rotierenden Gases, die Akkretionsscheibe, von der Material in die Hülle des Weißen Zwergs strömt. Dabei wird das einströmende Wasserstoffgas abgebremst und gibt Energie in Form von Wärme ab, parallel steigt die Dichte in der immer größer werdenden stellaren Gashülle.
Thermonukleare Kettenreaktion
Das hat Folgen: Wenn sich die Hülle des Weißen Zwergs bis auf einige Millionen Grad aufgeheizt hat, flammt die in diesem Sternenrest eigentlich längst beendete Wasserstofffusion wieder auf. Dabei kommt es jedoch zu einer unkontrollierten, sich selbst verstärkenden Kettenreaktion – einer thermonuklearen Wasserstoffexplosion. Sie ist die Ursache für das sichtbare Aufleuchten des Weißen Zwergs und damit für die Nova: Ähnlich wie bei der Explosion einer Wasserstoffbombe setzt die Explosion enorme Mengen Energie in Form von Strahlung vom sichtbaren Licht bis in den Gammastrahlenbereich frei.
Dabei können die herauskatapultierten Teilchen bis auf enorme Geschwindigkeiten und Energien beschleunigt werden, wie Astronomen im Jahr 2021 bei einer Nova des 7.500 Lichtjahre entfernten Weißen Zwergs RS Ophiuchi feststellten. Die bei dieser Nova ausgeschleuderten Teilchen wurden bis auf Werte nahe am theoretischen Maximum beschleunigt. „Die Beobachtung, dass in kosmischen Schockwellen das theoretische Limit der Teilchenbeschleunigung erreicht werden kann, hat enorme Auswirkungen für die Astrophysik“, erklärt Ruslan Konno vom DESY in Zeuthen. „Sie legt nahe, dass der Beschleunigungsprozess genauso effizient wie bei noch viel extremeren Supernovae sein könnte.“
Das Ende ist der Anfang
Anders als bei einer Supernova des Typs 1a wird der Sternenrest bei einer Nova aber nicht vollständig zerrissen. Die Explosion sprengt nur die zuvor angesammelte Gashülle ab und schleudert sie ins All hinaus. Der Weiße Zwerg und auch sein Nachbar, der Rote Riese, bleiben erhalten. Von der thermonuklearen Explosion zeugt dann nur noch ein elliptischer Nebel aus ausgeschleuderten Gasen, der um das Doppelsystem zu erkennen ist. Anhand solcher Emissionsnebel können Astronomen auch im Nachhinein noch abschätzen, wann ungefähr die Nova stattgefunden hat.
Für den Weißen Zwerg und seinen Partner ist jede Nova der Anfang eines neuen Zyklus. Denn mit der Explosion beginnt der Zyklus aus kannibalisierendem Material-Diebstahl und explosivem Abstoßen erneut. Bei T Coronae Borealis dauert dieser Zyklus nur jeweils rund 79 Jahre, wie historische Beobachtungen nahelegen. Damit gehört dieses System zu den wenigen Nova-Urhebern mit Explosionsabständen von weniger als 100 Jahren. In der Milchstraße sind bisher nur zehn Weiße Zwerge mit solchen rekurrierenden Novae bekannt.
Warum dieser Wiederkehr-Zyklus bei T Coronae Borealis so kurz ist, ist bislang unklar. Einige Astronomen vermuten jedoch, dass die verhältnismäßig große Masse des Weißen Zwergs eine Rolle spielen könnte: Er ist so schwer, dass es nur wenig mehr Material braucht, um die thermonukleare Kettenreaktion in seiner Hülle auszulösen. Hier könnten die bei dem aktuellen Ereignis gesammelten Daten wertvolle neue Erkenntnisse bringen.
Aber woher weiß man, wann die Nova kommt?
Welche Indizien für eine baldige Explosion sprechen
Wann ist es soweit?
Aus historischen Aufzeichnungen wissen wir, dass der Weiße Zwerg von T Coronae Borealis ungefähr alle 80 Jahre in einer Nova explodiert – das entscheidende Wort ist jedoch „ungefähr“. Denn der Abstand zwischen zwei solchen thermonuklearen Eruptionen schwankt gut 78 und gut 81 Jahren.
Aber woher wissen die Astronomen dann so genau, dass die nächste Nova des Weißen Zwergs unmittelbar bevorsteht? Immerhin liegt sein letzter Ausbruch erst gut 78 Jahre zurück – er ereignete sich im Februar 1946. Theoretisch könnte die nächste Nova daher auch erst 2025 oder sogar 2026 eintreten. Allerdings gibt es bestimmte Vorzeichen, durch die sich die thermonukleare Explosion eines „überfressenen“ Weißen Zwergs ankündigt. Diese Vorzeichen sind für das entsprechende Sternsystem – in diesem Fall einen Weißen Zwerg und einen nahen Roten Riesen – jedes Mal gleich.
„Die aufeinanderfolgenden Eruptionen sind bei jedem rekurrierenden Nova-System identisch“, erklärt der Astronom Bradley Schaefer von der Louisiana State University. Sowohl die Lichtkurven des Ereignisses selbst als auch die schon davor sichtbaren Veränderungen gleichen sich fast wie eine Fotokopie der anderen. Weil die beiden letzten Nova von T Coronae Borealis im Mai 1866 und im Februar 1946 von vielen Astronomen weltweit beobachtet und dokumentiert wurden, kennen wir heute die Vorzeichen bei diesem System relativ genau.
Das erste Vorzeichen: der „High State“
Das erste Vorzeichen ist ein Wechsel des Weißen Zwergs in einen aktiveren, unruhigeren Zustand. Dieser an einer größeren Helligkeit und stärkeren Lichtschwankungen erkennbare „High State“ beginnt bei T CrB typischerweise rund acht bis zehn Jahre vor der Nova. In diesem Zustand saugt der Weiße Zwerg noch mehr Material von seinem Partnerstern ab als zuvor. Die wachsende Akkretionsscheibe aus energiereichem, leuchtendem Gas lässt den Sternenrest heller erscheinen und sorgt gleichzeitig für mehr Turbulenzen und kleinere Strahlungsausbrüche.
Diesen Wechsel in den hochaktiven Zustand haben Astronomen bei T Coronae Borealis im Jahr 2015 beobachtet. „Mit dem Beginn dieses einzigartigen und charakteristischen Zustands haben viele Kollegen realisiert, dass T CrB bald ein weiteres Nova-Ereignis durchlaufen wird“, berichtet Schaefer. Zunächst wurde der Zeitpunkt dieser nächsten Nova für Mitte 2025 prognostiziert.
Doch Ende März 2023 bemerkte Schaefer ein weiteres Vorzeichen bei dem rund 2.700 Lichtjahre entfernten Weißen Zwerg: Er wurde plötzlich wieder dunkler. Sowohl im sichtbaren Licht als auch im Röntgen- und UV-Bereich war dieser Helligkeitsabfall klar zu erkennen, wie Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen bestätigten. „Dieser einzigartige und mysteriöse Prä-Eruptions-Abfall der Helligkeit ist ein klar erkennbarer Vorbote“, erklärt Schaefer. Denn das gleiche trat auch vor den vergangenen Explosionen dieses Sternenrests auf.
Das Entscheidende dabei: Die prä-eruptive Abdimmung ereignet sich bei T Coronae Borealis immer gut ein Jahr vor der Explosion. Ausgehend davon mussten Astronomen ihre Prognose für die nächste Nova des Systems deutlich nach vorne korrigieren: „Das spricht für ein Eruptionsdatum im Jahr 2024“, sagt Schaefer. Folgt der Weiße Zwerg seinem normalen Zeitplan, müsste er demnach spätestens in diesem Sommer explodieren. Streng genommen ist die Nova von T CrB sogar schon überfällig, denn seit März 2023 sind bereits eineinhalb Jahre vergangen.
„T Coronae Borealis könnte daher jeden Moment hochgehen“, sagt Schaefer. Zwar sei schwer vorherzusagen, ob es nur noch wenige Tage oder Wochen dauere, aber irgendwann in diesem Jahr sei es soweit.
Warum T Coronae Borealis einzigartig ist
Das Rätsel der Doppel-Nova
Die Explosion des Weißen Zwergs T Coronae Borealis ist ein in unserer Lebensspanne einmaliges Ereignis. Für Astronomen bietet das Ereignis die erste Chance, eine solche thermonukleare Eruption eines Weißen Zwergs mit modernsten Methoden und Instrumenten zu beobachten. „Damit können wir dann hoffentlich beginnen, die Struktur und die spezifischen Prozesse der Nova zu entschlüsseln“, sagt NASA-Astronomin Rebekah Hounsell.
Eine der erhofften Erkenntnisse könnte eine einzigartige Besonderheit von T Coronae Borealis klären: seine Doppeleruption. Denn nach der ersten heftigen Nova-Eruption scheint sich zwar zunächst alles wieder zu normalisieren, der Sternenrest kehrt zu seiner normalen Helligkeit zurück. Dann jedoch kommt es zu einer zweiten Eruption. „Darin ist T CrB einzigartig“, erklärt Bradley Schaefer von der Louisiana State University. Diese zweite Nova-Eruption folgt rund ein halbes Jahr nach der Hauptexplosion und ist mit einer Helligkeit von acht Magnituden deutlich schwächer als diese.
Warum dieser Weiße Zwerg eine solche doppelte Eruption zeigt, ist bisher ebenso unklar wie deren Ursache. „Wir haben hier einen energiereichen neuen Modus von Nova-Eruptionen, der uns vor ein Rätsel stellt und die Theoretiker vor eine Herausforderung“, schreibt Schaefer in einer Studie zu diesem Sternenrelikt und seiner Nova (doi: 10.1093/mnras/stad735). Die Astronomen hoffen nun, durch die Beobachtungen der kommenden Nova mehr über die Ursachen der Doppel-Eruption zu erfahren.
„In jedem Fall ist die Nova ein für unsere Lebenszeit einmaliges Ereignis“, sagt Hounsell. Sie sieht in dem Himmelsschauspiel auch die Chance, junge Menschen für die Astronomie zu begeistern. „Dies könnte die nächste Generation von Wissenschaftlern befeuern.“
Schon jetzt ist eine ganze Batterie von leistungsstarken Teleskopen auf die Nördliche Krone gerichtet, um die Nova in möglichst allen Wellenlängen des Spektrums verfolgen zu können. Die NASA misst mit ihrem Fermi-Gammastrahlenteleskop täglich die Strahlungsemission des Weißen Zwergs, um im Falle eines plötzlichen Anstiegs Alarm schlagen zu können. Andere Weltraumobservatorien sind darauf vorbereitet, im Falle der Nova sofort umzuschwenken und T Coronae Borealis ins Visier zu nehmen.
„Wir werden eine Menge ‚Augen‘ darauf richten und das Ereignis in verschiedenen Wellenlängen beobachten“, sagt Hounsell. Zu den im Gamma- und Röntgenbereich arbeitenden Weltraumteleskopen gehören die NASA-Satelliten Swift, IXPE und NuSTAR, sowie das ESA-Röntgenteleskop INTEGRAL. Im Infrarotbereich wird das James-Webb-Teleskop für hochauflösende Daten sorgen, dazu kommen zahlreiche Infrarot- und optische Teleskope auf der Erde.
„Wir können es kaum erwarten, endlich das vollständige Bild der Vorgänge zu bekommen“, so Hounsell. „Wir werden die Nova während ihres Höhepunkts beobachten, aber auch bei ihrem Abklingen, wenn die sichtbare Energie des Ausbruchs verblasst.“ Die NASA ruft zudem dazu auf, dass auch möglichst viele Hobby-Astronomen ihre Teleskope schon jetzt auf T CrB richten. „Die von diesen Citizen Scientists gesammelten Daten aus der frühen Phase der Eruption werden viel zu unseren Erkenntnissen beitragen“, sagt die Astronomin.
