Unsere Sonne ist allein in dieser Galaxie, ohne dass ein naher Begleiter mit ihr umkreist. Aber Doppelsternsysteme sind ziemlich verbreitet, und unser nächster Nachbar scheint ein Drei-Sterne-System zu sein. Wenn man bedenkt, wie viele verschiedene Arten von Sternen es gibt, haben viele Mehrsternsysteme eine seltsame Mitgliedermischung, mit riesigen, instabilen Sternen, die neben relativ alltäglichen umkreisen.
In der Mittwochsausgabe von Nature berichten Forscher über eine Seltenheit: einen Neutronenstern der „schwarzen Witwe“, der seinem Begleiter nahe genug ist, um ihn mit Strahlung zu beschießen. Sollte der Prozess fortgesetzt werden, wird er letztendlich zur Verdunstung und zum Tod des Sterns führen. Und, nur zur Sicherheit, hat das Paar auch einen entfernten Begleiter, einen alten und seltenen Zwergstern.
Auf der Suche nach Kuriositäten
Die Arbeit begann im Archiv der Zwicky Transient Facility. Das ZTF ist so konzipiert, dass es alle zwei Tage den gesamten Himmel der nördlichen Hemisphäre scannt und mithilfe einer Software alles ausfindig macht, was sich ändert. Oft würde dies bedeuten, dass etwas explodiert: Ein Stern wird plötzlich heller (in einigen Fällen wird er zum ersten Mal von der Erde aus sichtbar), weil er als Supernova explodiert ist.
Aber diese Suche suchte nach vorübergehenden Helligkeitsänderungen: Objekte, die periodisch aufhellen und wieder verblassen würden. Dies wird oft auf umkreisende Begleiter zurückzuführen sein, und die Forscher nutzten ihre Suche, um speziell nach nahen Doppelsternen zu suchen, bei denen zwei Sterne einander in Entfernungen umkreisen, die bequem in unser Sonnensystem passen würden. Wenn sich die beiden Sterne aus der Perspektive der Erde gegenseitig verdunkeln, ändert sich die Gesamtlichtmenge, die die Erde erreicht, periodisch.
Eines der Dinge, die aus der Umfrage hervorgingen, hieß ZTF J1406+1222, und es war … seltsam. Folgebeobachtungen bestätigten, dass das Licht des Systems ein sinuswellenähnliches Muster zeigte, das regelmäßig ansteigt und abfällt. Aber es geschah nach einem kurzen Zeitplan mit einer Periodizität von kaum mehr als einer Stunde. Und das Verhalten war nicht auf eine Sonnenfinsternis zurückzuführen, da einige Lichtwellenlängen eine viel stärkere Veränderung zeigten als andere – einige Wellenlängen sahen während eines einstündigen Zyklus einen 13-fachen Intensitätsunterschied. Wenn ZTF J1406+1222 verdunkelnde Sterne beinhalten würde, würden die meisten Wellenlängen ähnliche Änderungen in ihrer Intensität erfahren.
Da die offensichtliche Erklärung nicht zu funktionieren schien, wandten sich die Forscher den weniger offensichtlichen, aber immer noch plausiblen Erklärungen zu. Und der, den sie bevorzugten, betraf auch einen Stern, der von einem nahen, nicht sichtbaren Begleiter umkreist wurde. Aber in diesem Fall produzierte der unsichtbare Begleiter reichlich Strahlung, die den Stern erhitzte. Dieser Prozess erzeugt im Wesentlichen einen Stern mit einer „Tag“-Seite, die in Strahlung getaucht ist, also energiereicher und heller ist, und einer „Nacht“-Seite, die die Eigenhelligkeit des Sterns ausstrahlt.
Wie viel Energie wird benötigt, um einen solchen Helligkeitsunterschied zu erzielen? Die Forscher schätzen es in den völlig nutzlosen Einheiten Erg/Sekunde; Wenn man Einheiten einsetzt, die zumindest einigermaßen verständlich sind, sind es ungefähr 1012 Megatonnen pro Sekunde. Was nach den meisten Maßstäben eine ganze Menge Strahlung ist.
Weblose Spinnen
Es gibt nur wenige Objekte, die diese Art von Strahlung erzeugen können. Die Forscher schließen Weiße Zwerge aus, die viel Strahlung im ultravioletten Bereich des Spektrums produzieren; ZTF J1406+1222 scheint dort nicht viel Überschuss zu haben, was bedeutet, dass ein Weißer Zwerg unwahrscheinlich ist. Das lässt uns mit einem Neutronenstern als wahrscheinlichster Erklärung zurück.
Dies ist nicht das erste Mal, dass ein System mit einem nahen Neutronenstern beobachtet wurde. Es ist genug zu sehen, dass sie ihre eigene Terminologie aufgegriffen haben. Der erste identifizierte erhielt den Namen „Pulsar der schwarzen Witwe“, da der Neutronenstern seinen Begleiter mit genügend Strahlung überflutete, um ihn zu zerstören. Spätere Entdeckungen ähnlicher Systeme wurden in der Kategorie der Black-Widow-Binärdateien zusammengefasst, die zu einer Untergruppe der allgemeinen Klassifikation der Spinnen-Binärdateien wurden.
Ein genauerer Blick auf ZTF J1406+1222 zeigte, dass der Stern Wasserstoff-Absorptionslinien in seinem Spektrum aufweist. Das ist ziemlich ungewöhnlich, da die meisten Sterne aus hochenergetischem Wasserstoff bestehen, der viel emittiert. Aber in diesem Fall scheint die Strahlung eine beträchtliche Menge Wasserstoff vom Stern weggetrieben zu haben, wo er Strahlung aus der Umgebung absorbieren kann. Das passt zu der Idee, dass dies ein System der schwarzen Witwe ist, in dem der Stern dazu bestimmt ist, zu verdunsten.
ZTF J1406+1222 ist zufällig die nächste Binärdatei der Schwarzen Witwe, die wir bisher identifiziert haben, und wirft Fragen darüber auf, wie sie entstanden sein könnte. Aber diese Fragen gehen über den binären Teil des Systems der Schwarzen Witwe hinaus. Die Beobachtungen zeigten auch, dass es einen Nachbarstern gibt, der wahrscheinlich gravitativ gebunden ist, was es zu einem Drei-Sterne-System macht. Und natürlich ist dieser Stern auch ein bisschen seltsam und gehört zu einer Kategorie namens (ich erfinde das nicht) coole Unterzwerge. Diese sind sehr alt und haben sehr geringe Mengen an anderen Elementen als Wasserstoff und Helium.
Schließlich sind nicht nur die einzelnen Komponenten dieses Systems seltsam, sondern das System als Ganzes ist ziemlich seltsam. Der äußere Begleiter umkreist etwa 600 Astronomische Einheiten (eine AE ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne). In dieser Entfernung ist die Anziehungskraft der Schwerkraft gering, und jede Störung könnte das Drei-Sterne-System zerstören. Was besonders seltsam ist, da die Umlaufbahn des Systems es in die Nähe des galaktischen Kerns führt und es wahrscheinlich eine Supernova-Explosion erlebte, als der Neutronenstern entstand, was bedeutet, dass ZTF J1406+1222 jetzt viele Ausreden hatte, um aufzubrechen.
All dies bekräftigt die Hauptschlussfolgerung derer, die es entdeckt haben: ZTF J1406+1222 ist ein interessantes System, das eine Menge weiterer Beobachtungen verdient.
Natur2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04551-1 (Über DOIs).