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Stellare Zeitbombe entdeckt

Astronomen finden Kandidaten für Supernova vom Typ Ia

17. November 2009

Mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO ist es Astronomen erstmals gelungen, einen Zeitrafferfilm der von einem “Vampirstern” ausgestoßenen Materie zu erstellen. Der Stern hatte über längere Zeit Materie eines nahen Begleitersterns eingesogen, bevor es im November 2000 zu einem Ausbruch kam, dessen Verlauf die Astronomen über Jahre hinweg verfolgt haben. Damit war es auch möglich, die Entfernung und die intrinsische Helligkeit des Sterns zu bestimmen. Es handelt sich um einen vielversprechenden Kandidaten für eine Klasse von Objekt, nach der Astronomen bereits seit geraumer Zeit suchen: den Vorläufern so genannter Supernovaexplosionen vom Typ Ia. Solche Explosionen spielen eine Schlüsselrolle bei der Erforschung der Dunklen Energie, die unseren Kosmos erfüllt.

Welche Arten von Sternensystem explodieren als Supernovae vom Typ Ia? Das ist eine der wichtigen offenen Fragen der modernen Astrophysik” sagt Patrick Woudt von der Universität Kapstadt, der Erstautor des Fachartikels, in dem die neuen Ergebnisse veröffentlicht wurden. “Da diese Supernovae anderseits eine Schlüsselrolle in den Studien spielen, die nachweisen, dass sich die Expansion unseres Universums beschleunigt, ist dies eine unangenehme Wissenslücke.

Zielobjekt der neuen detaillierten Studie war das Objekt mit der Bezeichnung V445 Puppis im Sternbild “Achterdeck des Schiffs” (lat. Puppis) am Südhimmel. Das Objekt war bereits im November 2000 als so genannte Nova auffällig geworden. Novae sind Ereignisse, bei denen ein Stern vorübergehend stark an Helligkeit zunimmt, im Falle von V445 um den beachtlichen Faktor 250; sie ereignen sich in Sternsystemen, in denen sich ein Weißer Zwerg [1] und ein Begleiterstern umkreisen. Der Weiße Zwerg zieht Materie von seinem Begleiter ab, die sich um den Zwergstern sammelt, dabei mit der Zeit instabil wird und explodiert. Dabei werden große Mengen an Materie in den Weltraum geschleudert.

Üblicherweise handelt es sich bei der aufgesammelten Materie vornehmlich um Wasserstoff. V445 Puppis ist die erste Nova, in der keinerlei Wasserstoff nachgewiesen wurde. Dieser Umstand verweist auf eine Klasse noch viel gewaltigerer Sternexplosionen: auf Supernovae vom Typ Ia. “Das ist ein Schlüsselergebnis, denn wir wissen, dass auch in Supernovae vom Typ Ia der Wasserstoff fehlt”, so Koautor Danny Steegs von der Universität Warwick in Großbritannien. “Auch der Begleiterstern von V445 Puppis passt in das Schema, da ihm ebenfalls der Wasserstoff fehlt. Stattdessen strömt von diesem Begleiter vor allem Helium auf den Weißen Zwergstern.

Das Forscherteam um Patrick Woudt nutzte das NACO-Instrument, ein Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO, das die Methode der adaptiven Optik [2] verwendet. Mit Hilfe dieser Methode lassen sich extrem scharfe Bilder astronomischer Objekte gewinnen. Mit NACO beobachteten die Forscher V445 Puppis über einen Zeitraum von zwei Jahren. Die Bilder zeigen eine zweigeteilte Materiehülle, mit einer anfänglich sehr ausgeprägten Einschnürung in der Mitte. An den äußeren Enden der Hülle sind zudem zwei Verdichtungen zu sehen, die sich mit einer Geschwindigkeit von rund 30 Millionen Kilometern pro Stunde nach außen zu bewegen scheinen. Die Materie selbst bewegt sich – auch dies erstmalig bei einer Nova beobachtet – mit einer Geschwindigkeit von rund 24 Millionen Kilometern pro Stunde. Die zwei Sterne selbst werden von einer dicken Staubscheibe verdeckt, die ebenfalls im Laufe des letzten Ausbruchs entstanden sein dürfte.

Dass wir auf diesen Bildern unglaublich feine Details sehen können – ihre scheinbare Größe beträgt rund hundert Millibogensekunden, entsprechend einer aus 40 Kilometer Entfernung betrachteten Ein-Euro-Münze – ist allein der adaptiven Optik zu verdanken, wie sie an großen bodengebundenen Teleskopen wie dem VLT der ESO zum Einsatz kommt”, so Steeghs.

Supernovae sind gewaltige Explosionen am Ende des Lebens bestimmter Sterne. Supernovae vom Typ Ia sind insbesondere deswegen von Interesse, weil sie als “Standardkerzen” nutzbar sind und es ermöglichen, große Entfernungen im Kosmos zu bestimmen [3]. Auf solchen Entfernungsbestimmungen basieren die Untersuchungen zur Beschleunigung der kosmischen Expansion, die in den aktuellen kosmologischen Modellen auf die Anwesenheit so genannter Dunkler Energie zurückgeführt wird.

Ähnlich wie für Novae nimmt man auch für Supernovae vom Typ Ia an, dass sie in Doppelsternsystemen auftreten, bei denen einer der Sterne ein Weißer Zwerg ist. Ziehen solche Sterne zuviel zusätzliche Materie an sich, so werden sie instabil und explodieren [4]. Gerade im Falle von Supernovae vom Typ Ia haben wir es dabei allerdings mit einem recht komplizierten Prozess zu tun. Die Materie des Begleitersterns bildet zunächst eine zusätzliche Schicht an der Oberfläche des Weißen Zwergs. Wird diese Schicht zu dicht, kommt es zu einer Nova-Explosion – einem vergleichsweise schwachen Ausbruch, bei dem einige der angesammelten Materie in den Weltraum geschleudert wird. Die Schlüsselfrage ist: Was muss passieren, damit ein Weißer Zwerg trotz dieses Schutzmechanismus genügend weitere Materie ansammeln kann, so dass er am Ende in einer noch gewaltigeren Supernova-Explosion vom Typ Ia vollständig explodiert? Einiges weist darauf hin, dass die Art der angesammelten Materie eine wichtige Rolle spielt: Ein Erkennungsmerkmal für Supernovae vom Typ Ia ist die – durch Untersuchungen des Spektrums ermittelte – Abwesenheit von Wasserstoff, dem häufigsten chemischen Element im Universum.

Mit Hilfe der NACO-Bilder und zusätzlicher Daten von weiteren Teleskopen [5] gelang es den Astronomen, den Abstand des Systems von der Erde – rund 25 000 Lichtjahre – und seine intrinsische Helligkeit – rund 10 000 Mal heller als die Sonne – zu bestimmen. Diese Helligkeit lässt darauf schließen, dass der Weiße Zwergstern in diesem System bereits eine sehr hohe Masse besitzt, nur knapp unterhalb der kritischen Grenze, an der es zur Explosion kommt, dass aber andererseits noch beachtliche weitere Materiemengen des Begleiters auf den Zwergstern strömen. “Ob V445 Puppis schließlich als Supernova explodieren wird, oder ob das System bei der gerade beobachteten Nova genügend Materie hinausgeschleudert hat, um dieses Schicksal zu vermeiden, ist ungewiss”, so die Aussage von Woudt: “Aber zweifellos haben wir es mit einem vielversprechenden Kandidaten für eine zukünftige Supernova vom Typ Ia zu tun.

Endnoten

[1] Weiße Zwerge stellen das Endstadium von Sternen dar, deren ursprüngliche Masse nicht mehr als einige Sonnenmassen betrug. Ein Weißer Zwerg ist die ausgebrannte Kernregion eines solchen Sterns, die zurückbleibt, wenn der Stern gegen Ende seines Lebens seine äußere Hülle abstößt – die abgestoßene Hülle wird dabei zu einem so genannten planetarischen Nebel, der den Sternenrest umgibt. Weiße Zwerge bestehen im wesentlichen aus Kohlenstoff und Sauerstoff.

[2] Adaptive Optik ist eine Technik, die es den Astronomen erlaubt, Bilder astronomischer Objekte zu erhalten, bei denen die verzerrenden Effekte der Erdatmosphäre weitestgehend reduziert sind. Weitere Informationen (in englischer Sprache) auf diesen ESO-Seiten: http://www.eso.org/public/astronomy/technology/adaptive_optics.html

[3] Weitere Informationen (in englischer Sprache): http://www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html

[4] Die Chandrasekhar-Grenze, benannt nach dem indischen Physiker Subrahmanyan Chandrasekhar, beträgt knapp 1,4 Sonnenmassen. Übersteigt die Masse eines Weißen Zwergs diesen Grenzwert – sei es, weil er Begleitermaterie aufsaugt, sei es, weil er mit einem anderen Weißen Zwerg verschmilzt – dann wird der Stern zu einer Fusionsbombe, in der Kohlenstoff und Sauerstoff explosiv verschmelzen.

[5] Zusätzlich zu NACO nutzte das Forscherteam das  SOFI-Instrument am New Technology Telescope der ESO, den IMACS-Spektrografen am 6,5-Meter Magellan-Baade-Teleskop, und die Infrared Survey Facility sowie die SIRIUS-Kamera am Standort Sutherland des Südafrikanischen Astronomischen Observatoriums.

Weitere Informationen

Die hier beschriebenen Ergebnisse erscheinen am 20. November 2009 in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal, Band 706, S. 738 (“The expanding bipolar shell of the helium nova V445 Puppis”, von P. A. Woudt et al.).

Zum Forscherteam gehören: P. A. Woudt und B. Warner (Universität Kapstadt), D. Steeghs und T. R. Marsh (University of Warwick, GB), M. Karovska und G. H. A. Roelofs (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge MA, USA), P. J. Groot und G. Nelemans (Radboud University Nijmegen, Niederlande), T. Nagayama (Universität Kyoto, Japan), D. P. Smits (Universität von Südafrika), sowie T. O’Brien (University of Manchester, UK).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 14 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Links

Kontaktinformationen

Dr. Martin Steinacher
ESO Science Outreach Network
Tel: +41 31 324 23 82
E-Mail: martin.steinacher@sbf.admin.ch

Patrick Woudt
University of Cape Town
Cape Town, South Africa
Tel: +27 21 650 5830
E-Mail: Patrick.Woudt@uct.ac.za

Danny Steeghs
University of Warwick
Warwick, UK
Tel: +44 (0)2476 573873
Mobil: +44 (0)78 45555979
E-Mail: D.T.H.Steeghs@warwick.ac.uk

Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso0943.
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Über die Pressemitteilung

Pressemitteilung Nr.:eso0943de-ch
Legacy ID:PR 43/09
Facility:Very Large Telescope
Science data:2009ApJ...706..738W

Bilder

The expanding shell around V445 Puppis
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Around the nova V445 Puppis annotated
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Around the nova V445 Puppis
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Shell around V445 Puppis (March 2005)
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Shell around V445 Puppis (December 2005)
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Shell around V445 Puppis (October 2006)
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The Expanding Shell Around V445 Puppis
The Expanding Shell Around V445 Puppis
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Artist's impression of vampire star
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