Tübinger Astronomen finden erloschenen außerirdischen Fusionsreaktor

Ein internationales Team von Astronomen, die die Überreste von Sternen wie unserer eigenen Sonne untersuchen, hat unter Leitung von Tübinger Astronomen ein bemerkenswertes Objekt gefunden, bei dem der Kernreaktor, der es ehemals mit Energie versorgt hat, sich erst vor kurzer Zeit abschaltete. Dieser Stern, der heißeste bekannte weiße Zwerg, H1504+65, hat während seines Todeskampfes offensichtlich seine gesamten äußeren Schichten verloren und hinterlässt nur noch seinen nackten, innersten Kern, der früher sein Kraftwerk darstellte.

Wissenschaftler aus Deutschland, Großbritannien und den USA haben zwei Weltraumteleskope der NASA, das Chandra Röntgenteleskop und das FUSE-Teleskop (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), auf H1504+65 gerichtet, um seine Zusammensetzung zu bestimmen und seine Temperatur zu messen. Die Daten enthüllten, dass die Sternoberfläche extrem heiß ist, 200.000 Grad, und praktisch keinerlei Wasserstoff und Helium aufweist; so etwas ist bisher noch nie beobachtet worden. Stattdessen besteht die Oberfläche hauptsächlich aus Kohlenstoff und Sauerstoff, der „Asche“ der Fusion von Helium in einem Kernreaktor. Eine wichtige Frage ist: Warum hat dieser einzigartige Stern seinen Wasserstoff und sein Helium, die normalerweise das Sterninnere vor unserem Blick verbergen, verloren?

Prof. Klaus Werner (Univ. Tübingen) erklärt dazu: „Wir haben erkannt, dass dieser Stern, auf astronomischer Zeitskala, erst vor kurzem seine Kernfusion eingestellt hat (vor etwa einhundert Jahren). Wir sehen ganz eindeutig den freigelegten, heute verloschenen Reaktor, der den früher sehr hellen Riesenstern mit Energie versorgte.“

Prof. Martin Barstow (Univ. of Leicester): „Die Erforschung der Natur der nuklearen Asche toter Sterne gibt uns wichtige Hinweise auf das Leben von Sternen wie der Sonne und wie sie schließlich sterben. Der nukleare Abfall, der dabei produziert wird, besteht aus wesentlichen Elementen des Lebens, Kohlenstoff und Sauerstoff, die von den Sternen schließlich in den interstellaren Raum zurückgegeben werden, um neue Sterne, Planeten und vielleicht lebende Wesen zu bilden.“

Dr. Jeffrey Kruk (Johns Hopkins University) ergänzt: „Astronomen haben schon lange vorhergesagt, dass viele Sterne am Ende ihres Lebens Kohlenstoff-Sauerstoff-Kerne im Inneren ausbilden, aber ich habe nie erwartet, dass wir so etwas wirklich einmal sehen könnten. Dies ist eine großartige Möglichkeit, unser Verständnis über den Lebenszyklus von Sternen zu verbessern.“

Die Chandra-Daten lassen auch Spuren von Neon erkennen, einem erwarteten Nebenprodukt der Heliumfusion. Eine große Überraschung jedoch war die Anwesenheit von Magnesium in ähnlich hoher Häufigkeit. Dieses Ergebnis könnte der Schlüssel für die einzigartige Zusammensetzung von H1504+65 sein und theoretische Vorhersagen beweisen, dass einige Sterne, wenn sie massereich genug sind, ihr Leben verlängern können, indem sie eine weitere Energiequelle anzapfen: die Fusion von Kohlenstoff zu Magnesium. Da Magnesium allerdings auch bei der Heliumfusion erzeugt werden kann, ist der Beweis dieser Theorie noch nicht wasserdicht. Das noch fehlende Teil in diesem Puzzle wäre die Entdeckung von Natrium, das den Einsatz eines weiteren Observatoriums erfordert: dem Hubble Weltraumteleskop. Das Forscherteam hat bereits Beobachtungszeit an Hubble für das kommende Jahr zugesagt bekommen, und wird dann hoffentlich die endgültige Antwort über den Ursprung dieses einzigartigen Sterns geben können.

H1504+65 und weiße Zwergsterne

Weiße Zwerge sind die sterbenden inneren Überreste von Sternen, die unserer Sonne ähnlich sind. Tatsächlich ist die Entstehung eines weißen Zwergs das Schicksal der meisten Sterne, die eine Masse von bis zum etwa achtfachen der Sonne haben. Noch massereichere Sterne explodieren als Supernovae. Während ihres Lebens erzeugen Sterne Energie durch den Prozess der Fusion von Wasserstoff zu Helium, und fusionieren später Helium und erzeugen dadurch Kohlenstoff und Sauerstoff. Sobald ihr Brennstoff zur Neige geht, werden sie instabil und werfen ihren äußere Hülle ab. Sobald alle möglichen Quellen von thermonuklearer Fusion versiegt sind, kollabiert der übrig gebliebene innere Kern des Sterns unter seinem eigenen Gewicht und formt daraus einen weißen Zwerg. Zur gleichen Zeit wird er sehr heiß, bis zu rund 200.000 Grad. Der weiße Zwerg hat keine innere Energiequelle mehr und wird deshalb nach und nach kühler und dunkler.

H1504+65 ist von besonderem Interesse, weil er der heißeste und damit jüngste bekannte weiße Zwerg ist. Er ist ein leuchtschwaches, unauffälliges Objekt im sichtbaren Licht, aber er ist eines der hellsten Objekte am Himmel im Röntgenlicht. Er hat eine Oberflächentemperatur von 200.000 Grad, mehr als das 30-fache der Sonne.

Chandra und FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer)

Das Chandra-Röntgenteleskop und FUSE wurden beide durch die NASA 1999 in eine Umlaufbahn um die Erde gestartet. Ihre Instrumente machen spektroskopische Beobachtungen, das heißt, das Licht, das wir von astronomischen Objekten erhalten, wird in seine Bestandteile zerlegt, in seine Röntgen- und Ultraviolett-„Farben“, genauso wie sichtbares Licht auf natürliche Weise durch Wassertropfen in der Atmosphäre in einen Regenbogen aufgefächert wird, oder auf künstliche Weise durch ein Prisma. Wenn man sie in feinstem Detail untersucht, ist jedes Spektrum ein „Fingerabdruck“, der uns verrät, welche chemischen Elemente vorhanden sind, und es enthüllt die physikalischen Bedingungen in dem untersuchten Objekt.

Die wissenschaftliche Arbeit erscheint im Juli in der Zeitschrift „Astronomy & Astrophysics“.

Kontakt-Adressen
Professor Klaus Werner und Dr. Thomas Rauch, Universität Tübingen
Tel: 07071 2978601, Fax: 07071 2973458
E-Mail: werner@astro.uni-tuebingen.de

Professor Martin Barstow, University of Leicester, UK
Tel: +44 116 252 3492 (Büro), Fax: +44 116 252 3311
E-Mail: mab@star.le.ac.uk

Dr. Jeffrey Kruk, Johns Hopkins University, Baltimore, USA
Tel: +01 410 516 8744 (Büro), Fax: +01 410 516 5494
E-Mail: kruk@pha.jhu.edu