Astronomen sehen zum ersten Mal eine Nova-Explosion auf einem Weißen Zwerg

Astronomen in Deutschland haben zum ersten Mal eine feurige „Nova-Explosion“ eines Weißen Zwergs entdeckt.

Forscher beobachteten das Ereignis dank Daten des gemeinsamen deutsch-russischen Röntgenteleskops eROSITA, das etwa 900.000 Meilen entfernt im Weltraum stationiert ist.

Der Röntgenblitz – genannt YZ Reticuli – überstrahlte das Zentrum des Detektors von eROSITA, der emittierte Photonen aufzeichnet, vollständig.

Weiße Zwerge sind die unglaublich dichten Überreste von sonnengroßen Sternen, nachdem sie ihren Kernbrennstoff erschöpft haben und auf ungefähr die Größe der Erde geschrumpft sind.

Manchmal erwachen solche toten Sterne in einer superheißen Explosion wieder zum Leben und erzeugen einen Feuerball aus Röntgenstrahlung.

Diese Nova-Explosionen treten von Weißen Zwergen in einem binären System auf – einem System, das aus zwei Sternen besteht, die gravitativ gebunden sind.

Die Forscher konnten nun erstmals eine solche Explosion von Röntgenlicht beobachten, die von einem Weißen Zwerg im Sternbild Retikulum stammte.

Obwohl die Beobachtung von eROSITA bereits im Juli 2020 gemacht wurde, wurde sie gerade erst in einer neuen Studie unter der Leitung von Astronomen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in Erlangen, Deutschland, detailliert.

“Es war wirklich ein gewisser glücklicher Zufall”, sagte Studienautor Ole König von der FAU. „Wir hatten wirklich Glück.

“Diese Röntgenblitze dauern nur wenige Stunden und sind fast unmöglich vorherzusagen, aber das Beobachtungsinstrument muss genau zum richtigen Zeitpunkt direkt auf die Explosion gerichtet werden.”

eROSITA schwebt am Lagrange Point 2 im All (L2), ein Bereich ausgeglichener Schwerkraft zwischen Sonne und Erde 900.000 Meilen (1,5 Millionen km) entfernt.

eROSITA durchsucht den Himmel seit 2019 nach weicher Röntgenstrahlung, obwohl das Instrument aufgrund des Zusammenbruchs der Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Russland nach dem Einmarsch in die Ukraine die Datenerfassung am 26. Februar 2022 eingestellt hat.

Weniger als ein Jahr nach der Inbetriebnahme, auf Am 7. Juli 2020 hat eROSITA starke Röntgenstrahlung in einem Bereich des Himmels gemessen, der noch vier Stunden zuvor völlig unauffällig war.

Als das Röntgenteleskop vier Stunden später dieselbe Position am Himmel überblickte, war die Strahlung verschwunden. Demnach muss der Röntgenblitz weniger als acht Stunden gedauert haben.

Röntgenexplosionen wie diese wurden bereits 1990 von theoretischen Untersuchungen in einer Studie vorhergesagt, sind aber bis heute nie direkt beobachtet worden.

Diese Feuerbälle aus Röntgenstrahlen treten auf der Oberfläche von Weißen Zwergen auf – Sterne, die ursprünglich in ihrer Größe mit der Sonne vergleichbar waren, bevor sie den größten Teil ihres Brennstoffs aus Wasserstoff und später Helium tief in ihren Kernen verbrauchten und schrumpften.

Weiße Zwerge, die hauptsächlich aus Sauerstoff und Kohlenstoff bestehen, haben eine ähnliche Größe wie die Erde, enthalten aber eine Masse, die der unserer Sonne ähneln kann.

“Man kann sich diese Proportionen vorstellen, indem man sich vorstellt, dass die Sonne die gleiche Größe wie ein Apfel hat, was bedeutet, dass die Erde die gleiche Größe wie ein Stecknadelkopf hat, der in einer Entfernung von 10 Metern um den Apfel kreist”, sagte Professor Jörn Wilms. auch an der FAU.

Beim Versuch, einen Weißen Zwerg zu erklären, sagten die Forscher, man solle sich vorstellen einen Apfel auf die Größe eines Stecknadelkopfes schrumpfen. Dieses winzige Teilchen würde das vergleichsweise große Gewicht des Apfels behalten.

Nur ein Teelöffel Materie aus dem Inneren eines Weißen Zwergs hat leicht die gleiche Masse wie ein großer Lastwagen.

Weiße Zwerge sind so heiß, dass sie weiß leuchten, aber ihre Strahlung ist so schwach, dass es schwierig ist, sie von der Erde aus zu erkennen.

In einem Doppelsternsystem (ein Sonnensystem mit zwei Sternen) können Weiße Zwerge von einem anderen Stern begleitet werden, der noch brennt.

In diesem Fall zieht die enorme Anziehungskraft des Weißen Zwergs Wasserstoff aus der Hülle des Begleitsterns.

Dieser Wasserstoff kann sich mit der Zeit zu einer nur wenige Meter dicken Schicht auf der Oberfläche des Weißen Zwergs ansammeln.

In dieser Schicht erzeugt die enorme Anziehungskraft einen enormen Druck, der so groß ist, dass der Stern erneut zündet, was zu einer gewaltigen Explosion führt, bei der die Wasserstoffschicht abgesprengt wird.

Die Röntgenstrahlung einer solchen Explosion traf am 7. Juli 2020 auf die Detektoren von eROSITA und erzeugte ein überbelichtetes Bild.

„Anhand von Modellrechnungen, die wir ursprünglich während der Entwicklungsbegleitung des Röntgeninstruments erstellt haben, konnten wir das überbelichtete Bild in einem aufwendigen Prozess genauer analysieren, um einen Blick hinter die Kulissen einer Explosion eines Weißen Zwergs zu bekommen, oder Nova“, sagte Professor Wilms.

Die Explosion erzeugte einen Feuerball mit einer Temperatur von etwa 327.000 Grad Kelvin, was ihn etwa sechzigmal heißer als die Sonne macht.

Da diesen Novae ziemlich schnell der Treibstoff ausgeht, kühlen sie schnell ab und die Röntgenstrahlung wird schwächer, bis sie schließlich zu sichtbarem Licht wird.

Dieses sichtbare Licht erreichte die Erde einen halben Tag nach der eROSITA-Erkennung und wurde von optischen Teleskopen beobachtet.

“Dann erschien ein scheinbar heller Stern, der eigentlich das sichtbare Licht der Explosion war, und so hell, dass er mit bloßem Auge am Nachthimmel gesehen werden konnte”, sagte König.

Scheinbar „neue Sterne“ wie dieser wurden in der Vergangenheit beobachtet und wegen ihres unerwarteten Erscheinens „Nova stella“ oder „neuer Stern“ genannt.

Da diese Novae erst nach dem Röntgenblitz sichtbar sind, ist es sehr schwierig, solche Ausbrüche vorherzusagen, und es ist hauptsächlich dem Zufall überlassen, wann sie auf die Röntgendetektoren treffen.

Die neue Studie wurde im Fachjournal Nature veröffentlicht.