Astronomen entdecken Mikronovae, eine neue Art von Sternexplosion

Ein Team von Astronominnen und Astronomen hat mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) eine neue Art von Sternexplosion beobachtet – eine Mikronova. Diese Ausbrüche ereignen sich auf der Oberfläche bestimmter Sterne und können in nur wenigen Stunden eine Menge an Sternmaterial von jeweils rund 3,5 Milliarden Mal der Cheops-Pyramide von Gizeh verbrennen. Eine Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO).

Quelle: ESO.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein Zwei-Sterne-System, in dem Mikronovae auftreten können. Die blaue Scheibe, die um den hellen Weißen Zwerg in der Mitte des Bildes herumwirbelt, besteht aus Material, hauptsächlich Wasserstoff, das von seinem Begleitstern entwendet wurde. Im Zentrum der Scheibe nutzt der Weiße Zwerg seine starken Magnetfelder, um den Wasserstoff zu seinen Polen zu leiten. Wenn das Material auf die heiße Oberfläche des Sterns fällt, löst es eine Mikronova-Explosion aus, die von den Magnetfeldern an einem der Pole des Weißen Zwerges eingegrenzt wird.
Herkunftsnachweis: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada

20. April 2022. „Wir haben erstmalig ein Phänomen entdeckt und identifiziert, das wir als Mikronova bezeichnen“, erklärt Simone Scaringi, Astronom an der Durham University in Großbritannien, der die heute in Nature veröffentlichte Studie über diese Explosionen geleitet hat. „Dieses Ereignis stellt unser Verständnis davon in Frage, wie thermonukleare Explosionen in Sternen ablaufen. Bisher dachten wir, wir wüssten das, aber diese Entdeckung zeigt einen völlig neuen Mechanismus auf“, fügt er hinzu.

Mikronovae sind extrem starke Ereignisse, aber in astronomischen Maßstäben klein; sie sind viel weniger energiereich als die als Novae bekannten Sternexplosionen, die Astronomen seit Jahrhunderten kennen. Beide Arten von Explosionen ereignen sich auf Weißen Zwergen, toten Sternen mit einer Masse, die etwa der unserer Sonne entspricht, aber so klein wie die Erde sind.

Ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem kann seinem Begleitstern Material, vor allem Wasserstoff, entreißen, wenn sie nahe genug beieinander sind. Wenn dieses Gas auf die sehr heiße Oberfläche des Weißen Zwergsterns fällt, werden die Wasserstoffatome explosionsartig zu Helium fusioniert. Bei Novae finden diese thermonuklearen Explosionen auf der gesamten Sternoberfläche statt. „Solche Detonationen lassen die gesamte Oberfläche des Weißen Zwerges brennen und mehrere Wochen lang hell leuchten“, erklärt Mitautorin Nathalie Degenaar, Astronomin an der Universität von Amsterdam, Niederlande.

Mikronovae sind ähnliche Explosionen, die kleiner und schneller sind und nur einige Stunden dauern. Sie treten bei einigen Weißen Zwergen mit starken Magnetfeldern auf, die Material in Richtung der magnetischen Pole des Sterns schleudern. „Wir haben jetzt zum ersten Mal gesehen, dass die Wasserstofffusion auch lokal begrenzt stattfinden kann. An der Basis der Magnetpole einiger Weißer Zwerge kann der Wasserstoffbrennstoff festgehalten werden, so dass die Fusion nur an diesen Magnetpolen stattfindet“, sagt Paul Groot, Astronom an der Radboud Universität in den Niederlanden und Mitautor der Studie.

„Das führt dazu, dass Mikrofusionsbomben gezündet werden, die etwa ein Millionstel der Stärke einer Novaexplosion haben, daher der Name Mikronova“, so Groot weiter. Auch wenn der Begriff »mikro« vermuten lässt, dass es sich um kleine Ereignisse handelt, sollte man sich nicht täuschen: Ein einziger dieser Ausbrüche kann etwa 20 000 000 Billionen kg Material verbrennen, das entspricht etwa 3,5 Milliarden Cheops-Pyramiden von Gizeh.

( -> Wir verwenden Billionen für eine Million Millionen (1.000.000.000.000 oder 1012) und Milliarden für tausend Millionen (1.000.000.000 oder 109). Das Gewicht der Cheops-Pyramide von Gizeh in Kairo, Ägypten beträgt etwa 5.900.000.000 kg).

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein Zwei-Sterne-System mit einem Weißen Zwerg (im Vordergrund) und einem Begleitstern (im Hintergrund), in dem Mikronovae auftreten können. Der Weiße Zwerg entzieht seinem Begleiter Material, das in Richtung seiner Pole geschleudert wird. Wenn das Material auf die heiße Oberfläche des Weißen Zwergs fällt, löst es eine Mikronova-Explosion aus, die an einem der Pole des Sterns stattfindet.
Herkunftsnachweis: Mark Garlick (http://www.markgarlick.com/)

Diese neuen Mikronovae fordern das Verständnis der Astronominnen und Astronomen über Sternexplosionen heraus und kommen möglicherweise häufiger vor als bisher angenommen. „Das zeigt, wie dynamisch das Universum ist. Diese Ereignisse können tatsächlich recht häufig vorkommen, aber weil sie so schnell sind, ist ihre Beobachtung schwierig“, erklärt Scaringi.

Das Team stieß zum ersten Mal auf diese mysteriösen Mikroexplosionen, als es die Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA analysierte. „Bei der Durchsicht der von NASA TESS gesammelten astronomischen Daten entdeckten wir etwas Ungewöhnliches: einen hellen optischen Lichtblitz, der einige Stunden anhielt. Bei der weiteren Suche fanden wir mehrere ähnliche Signale“, sagt Degenaar.

Das Team beobachtete mit TESS drei Mikronovae: zwei davon stammten von bekannten Weißen Zwergen, aber der dritte erforderte weitere Beobachtungen mit dem X-Shooter-Instrument am VLT der ESO, um seinen Status als Weißer Zwerg zu bestätigen.

„Mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO konnten wir feststellen, dass alle diese optischen Blitze von Weißen Zwergen erzeugt wurden“, sagt Degenaar. „Diese Beobachtung war entscheidend für die Interpretation unserer Ergebnisse und für die Entdeckung der Mikronovae“, fügt Scaringi hinzu.

Die Entdeckung der Mikronovae erweitert das Repertoire der bekannten Sternexplosionen. Das Team möchte nun weitere dieser schwer zugänglichen Ereignisse erfassen, was groß angelegte Durchmusterungen und schnelle Folgemessungen erfordert. „Die schnelle Reaktion von Teleskopen wie dem VLT oder dem New Technology Telescope der ESO und die Vielzahl der verfügbaren Instrumente werden es uns ermöglichen, diese mysteriösen Mikronovae im Detail zu entschlüsseln“, so Scaringi abschließend.

Weitere Informationen

Diese Forschungsergebnisse wurden in einem Artikel mit dem Titel “Localised thermonuclear bursts from accreting magnetic white dwarfs” (doi: 10.1038/s41586-022-04495-6) vorgestellt, der in Nature erscheint. Ein Folgeartikel mit dem Titel “Triggering micronovae through magnetically confined accretion flows in accreting white dwarfs” wurde zur Veröffentlichung in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society angenommen.

Das Team besteht aus S. Scaringi (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, UK [CEA]), P. J. Groot (Fachbereich Astrophysik, Radboud Universität, Nijmegen, Niederlande [IMAPP] und Südafrikanisches Astronomisches Observatorium, Kapstadt, Südafrika [SAAO] und Fachbereich Astronomie, Universität Kapstadt, Südafrika [Kapstadt]), C. Knigge (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, Southampton, UK [Southampton]), A.J. Bird (Southampton) , E. Breedt (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK), D. A. H. Buckley (SAAO, Cape Town, Department of Physics, University of the Free State, Bloemfontein, South Africa), Y. Cavecchi (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México, México), N. D. Degenaar (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Niederlande), D. de Martino (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Naples, Italien), C. Done (CEA), M. Fratta (CEA), K. Iłkiewicz (CEA), E. Koerding (IMAPP), J.- P. Lasota (Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polnische Akademie der Wissenschaften, Warschau, Polen und Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS et Sorbonne Universités, Paris, Frankreich), C. Littlefield (Department of Physics, University of Notre Dame, USA und Department of Astronomy, University of Washington, Seattle, USA [UW]), C. F. Manara (Europäische Südsternwarte, Garching, Deutschland [ESO]), M. O’Brien (CEA), P. Szkody (UW), F. X. Timmes (School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Arizona, USA, Joint Institute for Nuclear Astrophysics – Center for the Evolution of the Elements, USA).

Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt. Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope, VISTA, das im Infraroten arbeitet, und das VLT Survey Telescope für sichtbares Licht. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Videos

Astronomen und Astronominnen haben eine neue Art von Explosion entdeckt, die bei Weißen Zwergen in Doppelsternsystemen auftritt. Dieses Video fasst die Entdeckung zusammen.
Herkunftsnachweis: ESO
Dieses Video zeigt eine künstlerische Animation einer Mikronova-Explosion. Die blaue Scheibe, die um den hellen Weißen Zwerg in der Mitte des Bildes herumwirbelt, besteht aus Material, hauptsächlich Wasserstoff, das von seinem Begleitstern entwendet wurde. Im Zentrum der Scheibe nutzt der Weiße Zwerg seine starken Magnetfelder, um den Wasserstoff zu seinen Polen zu leiten. Wenn das Material auf die heiße Oberfläche des Sterns fällt, löst es eine Mikronova-Explosion aus, die von den Magnetfeldern an einem der Pole des Weißen Zwerges eingegrenzt wird.
Herkunftsnachweis: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser
Diese künstlerische Animation zeigt ein Doppelsternsystem, bei dem eine der Komponenten ein normaler Stern und die andere ein Weißer Zwerg ist, der von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist. Ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem kann Material, hauptsächlich Wasserstoff, von seinem Begleitstern entziehen, wenn sie nahe genug beieinander sind.
Herkunftsnachweis: ESO/M. Kornmesser

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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