Astronomen entdecken Stern, der sich nicht an die Regeln hält
Forschende entdecken einen unerwarteten Materiestrom um einen toten Stern – und stoßen an die Grenzen der Theorie.
VLT-Aufnahme eines toten Sterns, der beim Durchqueren des Weltraums eine Schockwelle erzeugt.
Foto: ESO/K. Ilkiewicz and S. Scaringi, Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0)
Gas und Staub verlassen Sterne nicht lautlos. Treffen diese Materieströme auf das dünne Gas zwischen den Sternen, entstehen Stoßfronten. Solche Strukturen sind in der Astronomie bekannt. Umso größer war die Überraschung, als Forschende um einen ausgebrannten Stern eine ausgeprägte Bugstoßwelle fanden, die es nach gängigen Modellen eigentlich nicht geben dürfte.
Weißer Zwerg wirft Fragen auf
Im Zentrum der Beobachtungen steht RXJ0528+2838. Dabei handelt es sich um einen Weißen Zwerg, also den dichten Kern eines Sterns geringer Masse, der sein nukleares Leben bereits beendet hat. Das System liegt rund 730 Lichtjahre von der Erde entfernt und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit durch das interstellare Medium. Genau dort haben Astronominnen und Astronomen eine bogenförmige Stoßfront nachgewiesen – mithilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO).
„Wir haben etwas entdeckt, das man so noch nie gesehen hat – und vor allem etwas völlig Unerwartetes“, sagt Simone Scaringi, außerordentlicher Professor an der Universität Durham und einer der Hauptautoren der Studie in Nature Astronomy. Sein Kollege Krystian Ilkiewicz ergänzt: „Unsere Beobachtungen zeigen einen intensiven Materiestrom, der nach unserem heutigen Verständnis gar nicht existieren dürfte.“
Eine Stoßwelle wie vor einem Schiffsbug
Die Struktur um RXJ0528+2838 erinnert an die Bugwelle eines Schiffs. Astronomisch spricht man von einer Bugstoßwelle. Sie entsteht, wenn ein Objekt schneller durch ein Medium fliegt, als sich Störungen darin ausbreiten können. Bei Sternen sind solche Stoßfronten meist das Ergebnis starker Winde oder von Material, das aus einer Akkretionsscheibe stammt.
Genau hier beginnt das Problem. RXJ0528+2838 ist zwar Teil eines Doppelsternsystems und entzieht seinem Begleitstern Materie. Doch im Gegensatz zu vielen ähnlichen Systemen besitzt dieser Weiße Zwerg keine Akkretionsscheibe. Es gibt keinerlei Hinweise auf eine rotierende Gasscheibe, aus der ein kontinuierlicher Ausfluss gespeist werden könnte.
Noel Castro Segura von der Universität Warwick beschreibt die beobachtete Struktur so: „Das ist eine bogenförmige Anordnung von Materie, ähnlich der Welle, die sich vor dem Bug eines Schiffs aufbaut.“ Die Ausrichtung der Stoßfront passt exakt zur Bewegungsrichtung des Systems durch die Galaxis. Damit ist klar: Die Quelle der Struktur ist RXJ0528+2838 selbst.
Weißer Zwerg ohne Scheibe – aber mit Ausfluss
Weiße Zwerge in engen Doppelsternsystemen sind für Astronominnen und Astronomen nichts Ungewöhnliches. Häufig handelt es sich um sogenannte kataklysmische Veränderliche. In vielen Fällen bildet sich eine Akkretionsscheibe, aus der Materie auf den Weißen Zwerg fällt und teilweise wieder hinausgeschleudert wird.
Bei RXJ0528+2838 fehlt diese Scheibe. Dennoch zeigen die Daten einen anhaltenden Outflow, also einen Materieausfluss. Die Größe der Bugstoßwelle und ein langer, schwacher Materieschweif deuten darauf hin, dass dieser Prozess seit mindestens 1000 Jahren anhält.
„Die Überraschung, dass ein angeblich ruhiges System ohne Scheibe einen derart spektakulären Nebel erzeugen kann, war einer dieser seltenen ‚Wow‘-Momente“, sagt Scaringi.
Magnetfelder als möglicher Schlüssel
Ein wichtiger Hinweis steckt im Magnetfeld des Weißen Zwergs. RXJ0528+2838 gehört zu den sogenannten Polaren – Systemen mit extrem starken Magnetfeldern. Messungen mit dem Instrument MUSE am VLT bestätigen Feldstärken von etwa 42 bis 45 Megagauss. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Erde liegt bei rund 0,5 Gauss.
Dieses starke Feld lenkt die vom Begleitstern abgezogene Materie direkt auf die Oberfläche des Weißen Zwergs. Eine Scheibe kann sich dadurch gar nicht erst bilden. Die Forschenden vermuten, dass das Magnetfeld auch eine zentrale Rolle bei der Entstehung des Materiestroms spielt.
Ilkiewicz formuliert es vorsichtig: „Unsere Entdeckung zeigt, dass solche Systeme auch ohne Scheibe starke Materieströme erzeugen können – und damit einen Mechanismus offenbaren, den wir bisher nicht verstehen.“ Das stellt etablierte Modelle zur Materiebewegung in engen Doppelsternsystemen infrage.
Energieproblem bleibt ungelöst
So plausibel das Magnetfeld als Teil der Erklärung klingt, es reicht nicht aus. Die berechnete Leistung, die nötig ist, um die beobachtete Stoßfront aufrechtzuerhalten, liegt bei rund 8 × 10³² erg pro Sekunde. Das übersteigt die aktuelle Akkretionsleistung des Systems deutlich.
Auch andere naheliegende Erklärungen scheiden aus. Ein früherer Nova-Ausbruch passt nicht zur Form und Dynamik der Struktur. Ein Wind des Begleitsterns müsste unrealistisch hohe Geschwindigkeiten erreichen. Selbst die Abbremsung der Rotation des Weißen Zwergs liefert zu wenig Energie.
In der Fachpublikation kommen die Autorinnen und Autoren deshalb zu einem klaren Schluss: Es muss einen bislang unbekannten, lang anhaltenden Energieverlustmechanismus geben, vermutlich verknüpft mit magnetischen Prozessen. Was genau dahintersteckt, bleibt offen.
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