#Spuren ungewöhnlicher Sternhochzeiten?

Wenn zwei stellare Partner am Ende ihres Lebens schließlich ganz verschmelzen, kann es zu überraschenden Resultaten kommen, lassen Studienergebnisse vermuten: Eine spezielle Fusion von Weißen Zwergen könnte die Entstehung eines ungewöhnlichen Sterntyps erklären, über den Astronomen nun berichten. Während normale Sternoberflächen aus Wasserstoff und Helium bestehen, sind diese Sterne mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt – der „Asche“ von Helium-Kernfusionsprozessen. Vermutlich handelt es sich dabei um Niederschlagsmaterial eines der beiden Partner, der sich bei der Verschmelzung „verkrümelt“ hat.

Im Visier der Astronomen um Klaus Werner von der Universität Tübingen stehen die ausgebrannten Überbleibsel von Sternen, beziehungsweise Exemplare, die nur noch geringe „Lebenszeichen“ von sich geben: Weiße Zwerge und ihre Vorformen. Es handelt sich dabei um die heißen, aber nur noch schwach leuchtenden Überbleibsel von sonnenähnlichen Sternen am Ende ihrer Existenz. Zur Erklärung: Der typische Lebenszyklus eines Sterns wie unserer Sonne beginnt mit der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Später setzt dann im Sterninneren eine Kernreaktion ein, bei der Helium in Kohlenstoff und Sauerstoff umwandelt wird. Dabei bläht sich der Stern dann zu einem Roten Riesen auf. Anschließend entwickelt er sich zu einem Weißen Zwerg fort: Die Kernfusionsprozesse erlöschen und der Rest des Sterns schrumpft zu einem dichten, glimmenden Überbleibsel zusammen.

Das Ende stellaren Lebens im Blick

Um die Endphasen der Sternentwicklung zu untersuchen, haben Werner und seine Kollegen mit dem Large Binocular Telescope in Arizona gezielt nach sterbenden Sternen gesucht. Mit den zwei großen Hauptspiegeln von je 8,4 Meter Durchmesser war es möglich, das schwache Licht zu erfassen, das uns von diesen Himmelskörpern erreicht. So konnten die Astronomen Merkmale des Lichtspektrums analysieren und dadurch Rückschlüsse darauf ziehen, welche Elemente bei den Sternen vorliegen. Dabei stießen sie bei zwei sogenannten Heißen Unterzwergen auf überraschende Ergebnisse: Während die Oberflächen von Sternen normalerweise aus Wasserstoff und Helium bestehen, sind diese Sterne mit Kohlenstoff und Sauerstoff bedeckt – also der Asche von Helium-Kernfusionsprozessen.

„Von Sternen mit der chemischen Oberflächenzusammensetzung der entdeckten Sterne erwarten wir normalerweise, dass sie die Heliumfusion im Zentrum beendet haben und sich kurz vor dem Endstadium ihrer Entwicklung zum Weißen Zwerg befinden“, erklärt Werner. Als Ursache für die seltsame Zusammensetzung erschien es zunächst möglich, dass es zu einem explosionsartigen Wiedereinsetzen der Heliumfusion gekommen ist, die dann die Brennasche – Kohlenstoff und Sauerstoff – aus dem Inneren an die Oberfläche beförderte. Doch wie die Astronomen erklären, erscheint dies bei den nun entdeckten Typen unwahrscheinlich – denn weitere Merkmale passen nicht dazu: „Sie haben zu große Radien und führen die Heliumfusion noch friedlich in ihrem Zentrum aus“, sagt Werner. Ihre Merkmale erscheinen somit rätselhaft.

Resultat einer speziellen Verschmelzung?

Eine mögliche Erklärung für die Entstehung dieser untypischen Sterne liefern allerdings Ergebnisse eines Astronomenteams um Marcelo Miller Bertolami von der Universität von La Plata in Argentinien. Sie wurden als eine begleitende Publikation zu der Studie von Werner und seinen Kollegen im gleichen Magazin präsentiert. „Wir glauben, dass die Sterne, die unsere deutschen Kollegen entdeckt haben, durch eine sehr seltene Art von Verschmelzung zweier Weißer Zwerge entstanden sind“, sagt Bertolami. Demnach handelte es sich bei den seltsamen Exemplaren jeweils ursprünglich um zwei Sterne, die sich einst umkreisten.

Fusionen bei binären Systemen sind bereits bekannt. Zu einer Verschmelzung Weißer Zwerge kann es kommen, da der Abstand ihrer Umlaufbahnen durch die Emission von Gravitationswellen ständig abnimmt, erklären die Wissenschaftler. „Solche Fusionen führen allerdings normalerweise nicht zur Entstehung eines Sterns, der mit Kohlenstoff und Sauerstoff angereichert ist“, sagt Bertolami. „Wir glauben jedoch, dass in Doppelsternsystemen mit sehr spezifischen Sternmassen ein Weißer Zwerg mit einem Kohlenstoff-Sauerstoffkern durch Gezeitenkräfte zerrissen werden kann. Sein Material wird dann auf der Oberfläche seines Weißen-Zwerg-Begleiters abgeladen und führt so zur Entstehung dieser exotischen Sterne“, so der Astronom.

Die beiden Wissenschaftlerteams betonen allerdings, dass es sich dabei bisher um einen Erklärungsansatz handelt, der weiter überprüft werden muss. Denn derzeitige Modelle zur Sternentwicklung können den vermuteten Prozess nicht genau beschreiben. Deshalb arbeiten die Wissenschaftler nun an verfeinerten Modellen. Sie könnten nicht nur helfen, diese Typen von Sternen besser zu verstehen, sondern auch generell einen tieferen Einblick in die späte Entwicklung von Doppelsternsystemen ermöglichen. „Diese neuen Sterne stellen eine große Herausforderung für unser Verständnis der Sternentwicklung dar“, sagt Werner abschließend.

Quelle: Royal Astronomical Society, Universität Tübingen. Fachartikel: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, doi: 10.1093/mnrasl/slac005

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, doi: 10.1093/mnrasl/slab134

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