K. Miller, Caltech/IPAC
Eine Abbildung zeigt einen blau gefärbten weißen Zwergstern. Einst wie unsere Sonne ist der Stern gestorben und hat nun eine ungewöhnliche Atmosphäre voller Helium auf der einen Seite und Wasserstoff auf der anderen, helleren Seite.
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Astronomen haben eine einzigartige Entdeckung gemacht – einen Weißen Zwergstern mit zwei völlig unterschiedlichen Gesichtern.
Weiße Zwerge sind verbrannte Überreste toter Sterne. Unsere Sonne wird in etwa 5 Milliarden Jahren zu einem Weißen Zwerg werden, nachdem sie zu einem Roten Riesenstern anschwillt, seine äußere Materie ausbläst und, wenn nur noch der Kern übrig ist, wieder zu einem blendend weißglühenden Überrest zusammenschrumpft.
Der neu entdeckte Weiße Zwerg hat zwei Seiten, eine aus Wasserstoff und die andere aus Helium. Forscher haben dem Stern den Spitznamen Janus gegeben, nach dem römischen Gott des Übergangs, der zwei Gesichter hat. Eine detaillierte Studie zu den Ergebnissen wurde am 19. Juli in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
„Die Oberfläche des Weißen Zwergs verändert sich völlig von einer Seite zur anderen“, sagte die leitende Studienautorin Ilaria Caiazzo, Postdoktorandin und wissenschaftliche Mitarbeiterin für Astronomie am California Institute of Technology, in einer Erklärung. „Wenn ich den Leuten die Beobachtungen zeige, sind sie überwältigt.“
Weiße Zwerge sind unglaublich dicht und komprimieren eine Masse, die mit der unserer Sonne vergleichbar ist, auf etwas, das einem erdgroßen Planeten entspricht.
Der starke Gravitationseinfluss beim Tod eines Sterns führt dazu, dass sich die verbleibenden schweren Elemente in Richtung Zentrum bewegen, während leichtere Elemente wie Wasserstoff oder Helium in die obere Schicht aufsteigen. Angesichts der enormen Temperaturen der Weißen Zwerge haben die heißesten Zwerge eine Wasserstoffatmosphäre. Da die Sterne mit der Zeit abkühlen, neigen sie dazu, Heliumatmosphären zu haben.
Aber bei typischen Weißen Zwergen ist eine Seite des Sterns nicht einem Element gewidmet und die andere wird von einem anderen dominiert.
Der ungewöhnliche Sternrest wurde erstmals von der Zwicky Transient Facility entdeckt, die sich am Palomar-Observatorium des Caltech befindet. Caiazzo nutzte das Instrument, das jede Nacht den Himmel scannt, für eine aktuelle Untersuchung stark magnetisierter Weißer Zwerge, als ein Objekt auftauchte, dessen Helligkeit sich schnell änderte.
Nachfolgende Beobachtungen wurden von Caiazzo und ihrem Team mit Palomars CHIMERA-Instrument, der HiPERCAM am Gran Telescopio Canarias auf den Kanarischen Inseln in Spanien, und dem WM Keck-Observatorium auf Maunakea in Hawaii durchgeführt.
Die drei Observatorien zeigten, dass sich Janus alle 15 Minuten um seine Achse drehte – und zeigten die doppelseitige Natur und Zusammensetzung des Sterns. Mithilfe eines Spektrometers zerlegten Astronomen das Licht des Weißen Zwergs in verschiedene Wellenlängen, wodurch die chemische Signatur von Wasserstoff auf der einen und Helium auf der anderen Seite sichtbar wurde.
Der Stern hat eine sengende Temperatur von 62.540 Grad Fahrenheit (34.726 Grad Celsius), die Forscher mit Hilfe des Neil Gehrels Swift Observatory ermittelt haben.
Die Forscher sind sich nicht ganz sicher, warum der Stern zwei völlig unterschiedliche Seiten hat. Es ist möglich, dass Janus eine seltene Form der Evolution durchlebt.
„Nicht alle, aber einige Weiße Zwerge gehen auf ihrer Oberfläche von einem Wasserstoff- zu einem Helium-dominierten Zustand über“, sagte Caiazzo. „Möglicherweise hätten wir einen solchen Weißen Zwerg auf frischer Tat ertappt.“
Wenn der Weiße Zwerg mit der Zeit abkühlt, können sich die schwereren und leichteren Materialien vermischen. Während dieses Übergangs ist es möglich, dass Wasserstoff im Inneren verdünnt wird, sodass Helium zum dominierenden Element wird.
Wenn dies auf Janus der Fall ist, entwickelt sich eine Seite des Sterns vor der anderen Seite.
K. Miller, Caltech/IPAC
Magnetfelder, hier als Linien um den Stern dargestellt, könnten das ungewöhnliche Aussehen von Janus erklären.
„Magnetfelder um kosmische Körper neigen dazu, asymmetrisch oder auf einer Seite stärker zu sein“, sagte Caiazzo. „Magnetfelder können die Vermischung von Materialien verhindern. Wenn also das Magnetfeld auf einer Seite stärker ist, dann gäbe es auf dieser Seite weniger Durchmischung und damit mehr Wasserstoff.“
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Magnetfelder den Druck und die Dichte dieser atmosphärischen Gase auf Janus verändern.
„Die Magnetfelder können zu niedrigeren Gasdrücken in der Atmosphäre führen, und dies könnte die Bildung eines Wasserstoff-‚Ozeans‘ dort ermöglichen, wo die Magnetfelder am stärksten sind“, sagte der Co-Autor der Studie, James Fuller, Professor für theoretische Astrophysik am Caltech, in einer Erklärung. „Wir wissen nicht, welche dieser Theorien richtig sind, aber wir können uns keine andere Möglichkeit vorstellen, die asymmetrischen Seiten ohne Magnetfelder zu erklären.“
Das Team wird die Suche nach weiteren Weißen Zwergen wie Janus mithilfe der Zwicky Transient Facility fortsetzen, da das Instrument „sehr gut darin ist, seltsame Objekte zu finden“, sagte Caiazzo.