Astronomen haben einen weißen Zwerg gefunden, der einst zwei weiße Zwerge war. Das Sternpaar verschmolz vor etwa 1,3 Milliarden Jahren zu einem. Der resultierende Stern mit dem Namen WDJ0551 + 4135 ist etwa 150 Lichtjahre entfernt.
Ein weißer Zwerg ist der Endzustand von Sternen wie unserer Sonne. Sobald sie ihren Kernbrennstoff verbraucht haben, stoßen sie ihr Außenmaterial aus. Was bleibt, ist eine unbeschreiblich dichte Ansammlung von Materie, ohne dass eine Fusion stattfindet. Die Leuchtkraft beruht auf der gespeicherten Wärmeenergie.
"Dieser Stern war etwas, das wir noch nie gesehen hatten."
Hauptautor Mark Hollands, University of Warwick.
Dieser weiße Zwerg ist anders als andere. Normalerweise enthält die Atmosphäre eines Weißen Zwergs nicht viel Kohlenstoff. WDJ0551 + 4135 hat jedoch eine Atmosphäre mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt. Es ist auch viel massiver als ein typischer weißer Zwerg.
Beide Eigenschaften fielen den Astronomen hinter einer neuen Studie auf, in der die Entdeckung angekündigt wurde. Der leitende Forscher der Studie ist Dr. Mark Hollands vom Department of Physics der University of Warwick. Die Studie trägt den Titel „Ein ultramassiver weißer Zwerg mit einer gemischten Wasserstoff-Kohlenstoff-Atmosphäre als wahrscheinlichem Fusionsrest.“ Es wurde in der 2. März-Ausgabe von Nature Astronomy veröffentlicht.
Bevor ein Stern ein weißer Zwerg wird, durchläuft er eine rote Riesenphase. Wenn der rote Riese nicht genug Masse hat, um Kohlenstoff zu verschmelzen, sammeln sich Kohlenstoff und Sauerstoff in einer Masse im Zentrum des Sterns. Wenn der Stern seine äußeren Schichten abwirft, hinterlässt er schließlich nur einen Rest, den weißen Zwerg. Die meisten Zwerge bestehen hauptsächlich aus diesem Kohlenstoff und Sauerstoff, obwohl es auch andere Arten gibt.
Normalerweise ist dieser Kohlenstoff jedoch nicht sichtbar. Eine dicke Schicht Helium blockiert es normalerweise. In ihrer Studie verwendete das Team das William Herschel-Teleskop, um den Weißen Zwerg spektroskopisch zu untersuchen. Das zeigte, dass die Atmosphäre einen ungewöhnlich hohen Kohlenstoffgehalt hatte, was nicht möglich sein sollte.
„Dieser Stern war etwas, das wir noch nie gesehen hatten. Es ist zu erwarten, dass eine äußere Schicht aus Wasserstoff, manchmal gemischt mit Helium, oder nur eine Mischung aus Helium und Kohlenstoff, vorhanden ist “, sagte der Hauptautor Hollands in einer Pressemitteilung. "Sie erwarten nicht, dass diese Kombination aus Wasserstoff und Kohlenstoff gleichzeitig auftritt, da sich dazwischen eine dicke Heliumschicht befinden sollte, die dies verhindert. Als wir es uns angesehen haben, ergab es keinen Sinn. "
Sternlich gesehen sind die meisten weißen Zwerge nicht so massiv. Sie sind normalerweise etwa 0,6-mal so massereich wie unsere Sonne. Aber WDJ0551 + 4135 ist anders. Seine Masse ist mit 1,14 Sonnenmassen fast doppelt so groß wie die eines typischen Weißen Zwergs. Es ist immer noch extrem kompakt für ein Objekt mit so viel Masse, genau wie andere weiße Zwerge. Es ist nur etwa zwei Drittel des Erddurchmessers.
Die Geschwindigkeit durch den Weltraum stimmt auch nicht mit anderen weißen Zwergen überein. Astronomen verwenden den Begriff „lokaler Ruhestandard“, um die mittlere Bewegung der Materie in der Milchstraße zu beschreiben. Es liegt zwischen 202 und 241 km / s. Aber WDJ0551 + 4135 fährt mit 129 ± 5 km?1 relativ zum lokalen Standard der Ruhe, viel schneller als andere Angelegenheiten.
Da ältere Sterne schneller reisen als junge, da sie beide in der Milchstraße umkreisen, muss dieser weiße Zwerg älter sein. In der Tat bedeutet seine hohe Geschwindigkeit, dass es schneller als 99% der anderen weißen Zwerge in der Galaxie ist. In ihrer Studie sagen die Autoren: „Wir haben festgestellt, dass diese Geschwindigkeit beim 99. Perzentil der dreidimensionalen (3D) Geschwindigkeitsverteilung benachbarter weißer Zwerge mit ähnlichen absoluten Größen liegt. Da die Streuung der Sterngeschwindigkeit mit dem Systemalter zunimmt, kann die schnelle Kinematik von WD J0551 + 4135 ein Systemalter bedeuten, das viel älter ist als nur aufgrund der Abkühlung des Weißen Zwergs impliziert. “
Alle drei Eigenschaften unterscheiden es von anderen weißen Zwergen: seine Geschwindigkeit / sein Alter, seine Masse und sein sichtbarer Kohlenstoff.
"Die einzige Möglichkeit, dies zu erklären, besteht darin, dass es durch die Fusion zweier weißer Zwerge entstanden ist."
LEAD AUTHOR MARK HOLLANDS, UNIVERSITÄT WARWICK.
"Wir haben eine Zusammensetzung, die wir nicht durch eine normale Sternentwicklung erklären können, eine Masse, die doppelt so hoch ist wie der Durchschnitt eines Weißen Zwergs, und ein kinematisches Alter, das älter ist als das, das aus der Abkühlung abgeleitet wurde", sagte Hollands. "Wir sind uns ziemlich sicher, wie ein Stern einen weißen Zwerg bildet, und das sollte er nicht tun. Man kann es nur erklären, wenn es durch die Fusion zweier weißer Zwerge entstanden ist. “
Der verschmolzene Zwerg ist wahrscheinlich das Ergebnis von Milliarden von Jahren Sternentwicklung in einem binären Sternensystem. Einer der Sterne erreicht seine rote Riesenphase vor seinem Partner und dehnt sich aus und umhüllt den Partner. Wenn der erste Stern dann schrumpft, rückt die Umlaufbahn zwischen den beiden näher. Dann durchläuft der zweite Stern seine rote Riesenphase und dehnt sich aus und umhüllt den anderen.
Es dauert Milliarden von Jahren, aber schließlich lässt die Gravitationswellenemission die Umlaufbahn noch mehr schrumpfen. Das Ende ist in Sicht oder die Ehe vielleicht, und wenn die Umlaufbahn ausreichend schrumpft, verschmelzen die Sterne zu einer.
"Es gibt nicht so viele weiße Zwerge, die so massiv sind, obwohl es mehr gibt, als man erwarten würde, was impliziert, dass einige von ihnen wahrscheinlich durch Fusionen entstanden sind."
LEAD AUTHOR MARK HOLLANDS, UNIVERSITÄT WARWICK.
Astronomen haben die Existenz verschmolzener weißer Zwerge vorhergesagt, aber dieser bricht immer noch die Erwartungen. Sie sagen voraus, dass Fusionen zwischen zwei unterschiedlich großen weißen Zwergen stattfinden sollten. Aber WDJ0551 + 4135 scheint eine Fusion zwischen Zwergen ähnlicher Größe zu sein.
Es gibt eine obere Massengrenze für weiße Zwerge, selbst für ein Paar, das sich zusammengeschlossen hat. Wenn das resultierende Sternobjekt ausreichend massiv ist, explodiert es als thermisch außer Kontrolle geratene Supernova. Astrophysiker glauben, dass die Grenze bei 1,4 Sonnenmassen liegt, sind sich aber nicht sicher. Es ist möglich, dass Objekte bei weniger als 1,4 Sonnenmassen als Supernovae explodieren. Mit 1,14 Sonnenmassen hilft dieser Weiße Zwerg Astrophysikern, die obere Massengrenze zu verstehen.
Wissenschaftler können das Alter eines Weißen Zwergs anhand seiner Temperatur verstehen. Weiße Zwerge erzeugen keine Wärme, weil es keine Fusion mehr gibt. Sie sind eher Glut als Sterne, und indem sie die Abkühlung des Sterns überwachen, können sie sein Alter bestimmen. Wenn jedoch zwei weiße Zwerge verschmelzen, beginnt der Abkühlungsprozess von vorne.
Es gibt keine genaue Möglichkeit, das Alter dieses Mannes zu bestimmen, und die beiden weißen Zwerge waren möglicherweise vor dem Zusammenschluss Milliarden von Jahren weiße Zwerge. Dennoch glauben die Forscher, dass die Fusion selbst vor etwa 1,3 Milliarden Jahren stattgefunden hat.
Wissenschaftler haben bisher nur wenige verschmolzene weiße Zwerge gefunden. Dies ist jedoch das erste Mal, dass man anhand seiner Zusammensetzung identifiziert wurde.
"Es gibt nicht so viele weiße Zwerge, die so massiv sind, obwohl es mehr gibt, als man erwarten würde, was impliziert, dass einige von ihnen wahrscheinlich durch Fusionen entstanden sind", sagte Hollands.
"In Zukunft können wir möglicherweise eine Technik namens Asteroseismologie verwenden, um aus seinen Sternpulsationen etwas über die Kernzusammensetzung des Weißen Zwergs zu lernen. Dies wäre eine unabhängige Methode, um diesen aus einer Fusion gebildeten Stern zu bestätigen."
"Der vielleicht aufregendste Aspekt dieses Sterns ist, dass er als Supernova fast nicht explodiert sein muss. Diese gigantischen Explosionen sind wirklich wichtig für die Kartierung der Struktur des Universums, da sie in sehr großen Entfernungen entdeckt werden können", sagte er Hollands. „Es besteht jedoch weiterhin große Unsicherheit darüber, welche Art von Sternensystemen es in die Supernova-Phase schaffen. So seltsam es auch klingen mag, die Messung der Eigenschaften dieser „gescheiterten“ Supernova und künftiger Ähnlichkeiten sagt viel über die Wege zur thermonuklearen Selbstvernichtung aus. “
Mehr:
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