Der künstlerische Eindruck zweier weißer Zwerge, die sich im Verschmelzungsprozess befinden.
(Bild: © Universität Warwick / Mark Garlick)
Ein Gigant weißer Zwerg Stern könnte der Nachkomme einer Kollision zwischen zwei anderen weißen Zwergen sein, so eine neue Studie.
Der neue Befund legt nahe, dass andere ultramassive weiße Zwerge mit ähnlichen Ursprüngen existieren könnten; Dies kann helfen, Licht ins Dunkel zu bringen, wie massiv ein weißer Zwerg sein muss, um in einem zu explodieren Supernova, sagten die Wissenschaftler hinter der neuen Forschung.
Weiße Zwerge sind die trüben, verblassenden, erdgroßen Kerne toter Sterne, die zurückbleiben, nachdem Sterne mittlerer Größe ihren Treibstoff erschöpft und ihre äußeren Schichten abgeworfen haben. Unsere Sonne wird eines Tages ein weißer Zwerg werden, ebenso wie mehr als 90% der Sterne in unserer Galaxie.
Wissenschaftler untersuchten einen weißen Zwerg namens WDJ0551 + 4135, der sich etwa 150 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Aktuelle Erkenntnisse von der Europäischen Weltraumorganisation Gaia-Teleskop schlugen vor, dass dieses Objekt ein außergewöhnlich massiver weißer Zwerg sein könnte. Um mehr über diesen ungewöhnlichen toten Stern zu erfahren, analysierten die Wissenschaftler ihn anhand von Daten des William Herschel-Teleskops auf den Kanarischen Inseln.
Durch die Untersuchung des Farbspektrums des vom Weißen Zwerg emittierten Lichts konnten die Astronomen die Chemikalien im Stern identifizieren. Unerwartet fanden die Forscher einen hohen Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre des Objekts, den Wissenschaftler noch nie bei Weißen Zwergen gesehen hatten.
"Ein weißer Zwerg hat eine innere Struktur wie eine Zwiebel, da er in Schichten besteht", sagte der Studienleiter Mark Hollands, Astrophysiker an der Universität Warwick in England, gegenüber Space.com. "Im Kern des Weißen Zwergs besteht der größte Teil seiner Masse aus Kohlenstoff und Sauerstoff, und dann hat man normalerweise eine Schicht Helium darüber und dann eine Schicht Wasserstoff. Wenn man also ein Teleskop auf ein Weiß richtet Zwerg, du siehst nur die äußeren Schichten. "
Diese Struktur bedeutet, dass Wissenschaftler studieren weiße Zwerge sehen normalerweise nur Wasserstoff oder nur Helium oder vielleicht eine Mischung aus Helium und Kohlenstoff. Aber das haben Hollands und seine Kollegen bei diesem weißen Zwerg nicht gesehen.
"Man erwartet nie, dass Wasserstoff und Kohlenstoff in einem weißen Zwerg miteinander vermischt werden - es sollte eine Heliumschicht geben, die sie voneinander trennt", sagte Hollands. "Das war wirklich seltsam und sehr überraschend und warf die große Frage auf, wie das passiert sein könnte."
Hollands und seine Kollegen sagten, sie hätten eine Lösung für dieses Rätsel: Die seltsame Struktur entstand, als zwei andere weiße Zwerge zusammenschlugen und ihre Innereien vermischten, schrieben die Wissenschaftler. Aber der neue massive weiße Zwerg war nicht groß genug, um eine Supernova auszulösen, so dass der seltsam große Stern intakt blieb.
Für die Forscher war die Masse dieses weißen Zwergs ein wichtiger Hinweis auf dieses Rätsel. Die meisten weißen Zwerge haben etwa das 0,6-fache der Sonnenmasse, aber WDJ0551 + 4135 ist mit 1,14 Sonnenmassen fast doppelt so groß wie die durchschnittliche Masse der weißen Zwerge, die alle zu einem Raum verdichtet sind, der nur zwei Drittel des Erddurchmessers beträgt.
Ein weiterer Hinweis ist das scheinbare Alter dieses Weißen Zwergs. Ältere weiße Zwerge sind normalerweise kühler und umkreisen die Mitte des Milchstraße schneller als ihre jüngeren Kollegen, weil sie im Laufe der Zeit mehr Wärme verloren haben und mehr Gravitationswechselwirkungen mit anderen Sternen erfahren haben, die sie beschleunigen. WDJ0551 + 4135 bewegt sich jedoch schneller als 99% der anderen weißen Zwerge in der Nähe, die ungefähr die gleiche Temperatur haben, was darauf hindeutet, dass eine dieser beiden Altersmessungen verzerrt war.
Die Forscher wussten, dass WDJ0551 + 4135 eine seltsame Zusammensetzung hatte, eine Masse, die doppelt so groß war wie die des durchschnittlichen Weißen Zwergs, und ein Alter, das relativ jung schien, wenn man die Hitze des Sterns betrachtete, aber relativ alt, wenn man seine Bewegungen betrachtete. Die Astronomen erkannten, dass ein Ereignis all diese Geheimnisse erklären konnte: WDJ0551 + 4135 bildete sich, als zwei weiße Zwerge kollidierten, den resultierenden weißen Zwerg erhitzten und seinen Abkühlungsprozess neu starteten.
"Obwohl es viele Beweise dafür gibt, dass solche Fusionen stattfinden, einschließlich Beispiele in fernen Galaxien, ist es ziemlich schwierig, tatsächlich einen weißen Zwerg auszusuchen und zu sagen, dass dieser hier aus einer Fusion stammt", sagte Hollands. "Dies ist nur einer von wenigen Fällen, in denen dies möglich war, und der einzige, der durch seine Zusammensetzung identifiziert wurde."
Die Wissenschaftler sagten, dass die Fusion vor etwa 1,3 Milliarden Jahren stattgefunden habe. Dieses Ereignis setzte jedoch das Abkühlungsalter von WDJ0551 + 4135 zurück, was es schwierig machte, das Alter der beiden ursprünglichen weißen Zwerge zu bestimmen, die viele Milliarden Jahre alt gewesen sein könnten.
Es gibt nur wenige weiße Zwerge so massiv wie WDJ0551 + 4135, aber es gibt mehr so massive weiße Zwerge, als aktuelle Modelle der Bildung weißer Zwerge vorhersagen könnten, sagte Hollands und schlug vor, dass einige davon durch Fusionen entstanden sein könnten. Die Forscher sagten, sie seien besonders begeistert von der Einsicht, die dieser weiße Zwerg und andere, die er an der Grenze zwischen massivem weißen Zwerg und Supernova bieten könnte, bieten könnten.
Die Astronomen könnten auch mehr über die Innereien von WDJ0551 + 4135 erfahren, indem sie die subtilen Helligkeitspulsationen untersuchen, die durch Wellen verursacht werden, die sich durch das Innere des Sterns bewegen, sagte Hollands. Wenn Wissenschaftler mehrere Wellen unterschiedlicher Frequenzen erfassen können, die sich durch diesen weißen Zwerg bewegen, können sie mehr über die innere Struktur des Sterns erfahren. "Das könnte unabhängige Erkenntnisse darüber liefern, ob dieser Stern aus einer Fusion hervorgegangen ist", sagte Hollands.
Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse Online Montag (2. März) in der Zeitschrift Nature Astronomy.
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