Wann ist eine Nova keine Nova? Wenn ein Weißer Zwerg und ein Brauner Zwerg zusammenstoßen

Forscher der Keele Universität haben mit einem internationalen Team von Astronomen zusammengearbeitet und entdeckten erstmals, dass ein Weißer Zwerg und ein Brauner Zwerg miteinander kollidierten. Dies wurde 1670 auf der Erde beobachtet.

Unter Verwendung des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile, hat ein internationales Team von Astronomen, darunter Mitarbeiter der Universitäten von Keele, Manchester, Südwales, Arizona State, Minnesota, Ohio State, Ermland und Masuren sowie des South African Astronomical Observatory Beweise gefunden, dass ein Weißer Zwerg (der Überrest eines sonnenähnlichen Stern am Ende seines Lebens) und ein Brauner Zwerg (ein „gescheiterter“ Stern ohne ausreichende Masse für eine thermonukleare Fusion) mit einer Stichflamme kollidierten, die 1670 auf der Erde als Nova Cygni registriert wurde. Der Braune Zwerg wurde zerfetzt und auf die Oberfläche des Weißen Zwergs geschleudert, was 1670 zu einer Eruption führte, die heute als Stundenglasnebel zu sehen ist.

Im Juli 1670 erlebten Beobachter auf der Erde einen „neuen Stern“ bzw. eine Nova im Sternbild Cygnus (Schwan). Wo früher kein Stern zu sehen war, erschien plötzlich ein Stern so hell wie die hellen Sterne im Großen Wagen. Er verblasste allmählich, tauchte wieder auf um schließlich ganz aus dem Blickfeld zu verschwinden.

Moderne Astronomen, welche die Überreste dieses kosmischen Ereignisse studierten, dachten zunächst, dass es durch die Verschmelzung von zwei Hauptreihensternen ausgelöst wurde. Dieser sogenannte „neue Stern“ wurde lange als 'Nova Vulpeculae 1670' bezeichnet und später wurde als CK Vulpeculae bekannt.

Wir wissen jedoch jetzt, dass CK Vulpeculae nicht das war, was wir heute als Nova bezeichnen würden, sondern tatsächlich die Verschmelzung von einem Weißen Zwerg und einem Braunen Zwerg war. Und zwar durch die Untersuchung der Überreste dieser Explosion, die aus zwei Ringen aus Staub und Gas bestehen, die einer Sanduhr mit einem kompakten zentralen Objekt ähnelt.

Nye Evans, Professor für Astrophysik an der Keele Universität und Co-Autor des Paper, welches in den Monatsberichten der Royal Astronomical Society erschien, erklärte: „CK Vulpeculae wurde in der Vergangenheit als die älteste beobachtete Nova angesehen. Die Beobachtungen von CK Vulpeculae, die wir im Laufe der Jahre mit erdgebundenen und Weltraum-Teleskopen gemacht haben, haben mich mehr und mehr davon überzeugt, dass dies keine Nova war. Jeder wusste, was es nicht war – aber niemand wusste was es war! Aber eine stellare Fusion schien die beste Erklärung zu sein. Mit unseren ALMA-Beobachtungen des Stundenglasnebels und der verformten Scheibe plus dem Vorhandensein von Lithium und eigenartigen Isotopenhäufigkeiten passte dies wie bei einem Puzzle zusammen: 1670 wurde ein brauner Zwergstern „zerfetzt“ und auf die Oberfläche eines weißen Zwergsterns geschleudert, was zum Ausbruch von 1670 und dem Stundenglasnebel führte, den wir heute sehen.“

Die Astronomen nutzten das Atacama Large Millimeter Submillimeter Array um die Überreste der Fusion zu untersuchen und sie kamen zu einigen interessanten Ergebnissen. Beim Studieren des Lichts von zwei weiter entfernten Sternen, deren Licht durch die staubigen Überreste der einstigen Fusion leuchten, konnten die Forscher die verräterische Signatur des Elements Lithium erkennen, das im Inneren von Sternen leicht zerstört wird. Die Gegenwart von Lithium, zusammen mit ungewöhnlichen Isotopenverhältnissen der Elemente C, N, und O deutet darauf hin, dass 1670 eine (astronomisch) kleine Menge an Material in Form eines Braunen Zwergs auf die Oberfläche eines weißen Zwergsterns stürzte, was zu einem thermonuklearen „Brennen“ führte, deren Eruption als Aufhellung vom Astronomen Hevelius und vom Kartäusermönch Anthelm von Chignin beobachtet wurde und die wir heute als Stundenglas-Nebel sehen.

Professor Albert Zijistra von der Fakultät für Physik und Astronomie an der Universität Manchester und Co-Autor der Studie sagte: „Stellare Kollisionen sind die heftigsten Ereignisse im Universum. Besonders Kollisionen zwischen Neutronensternen, zwischen zwei Weißen Zwergen und Stern-Planeten Kollisionen sind am auffälligsten. Aber es ist sehr selten, eine Kollision wirklich zu beobachten, da es schwierig ist zu wissen, welche Art von Sternen kollidiert sind. Der Kollisions-Typ von dem wir glauben, dass er hier passiert ist, ist ein neuer, bisher noch nie gesehener.“

Der Weiße Zwerg ist etwa zehnmal massereicher gewesen als der Braune Zwerg. Und als der Braune Zwerg spiralförmig in den Weißen Zwerg eindrang, ist er durch die intensiven Gezeitenkräfte des Weißen Zwergs zerrissen worden. Als diese beiden Objekte miteinander kollidieren, schütteten sie einen Cocktail aus Molekülen und ungewöhnlichen Elementisotopen aus. Diese organischen Moleküle, die mit ALMA nachgewiesen werden konnten, liefern einen zwingenden Beweis für den wahren Ursprung dieser Explosion. Dies ist das erste Mal, dass ein solches Ereignis eindeutig identifiziert wurde.

Interessanterweise ist der Stundenglasnebel auch reich an organischen Molekülen wie Formaldehyd (H2CO), Methanol (CH3OH) und Methanamid (NH2CHO). Diese Moleküle würden in einer Umgebung in der Kernfusion passiert, nicht überleben können und müssen daher in den Überresten der Explosion produziert worden sein. Dies stützt die Schlussfolgerung, dass ein Brauner Zwerg seinen Untergang bei der Kollision mit einem Weißen Zwerg fand.

Solche Kollisionen sind wahrscheinlich nicht selten und das ausgeworfene Material wird vielleicht einmal Teil eines neuen Planetensystems werden. In dem Fall würden Bausteine organischer Material gleich mitgebracht.

12. Oktober 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte