Eine neue Art von thermonuklearem Starburst

Ein Team von Astronomen mit Hilfe der Europäischen Südsternwarte sehr großes Teleskop (ESVLT) eine neue Art von Sternexplosion – eine Mikronova. Diese Explosionen treten auf der Oberfläche einiger Sterne auf, und jeder kann in nur wenigen Stunden etwa 3,5 Milliarden große Pyramiden von Gizeh aus Sternmaterial verbrennen.

„Wir haben zum ersten Mal eine sogenannte Mikronova entdeckt und identifiziert“, erklärt Simon Scaringi, ein Astronom an der Durham University im Vereinigten Königreich, der die Studie über diese Eruptionen leitete, die heute in Nature veröffentlicht wurde. „Dieses Phänomen stellt unser Verständnis davon in Frage, wie thermonukleare Explosionen in Sternen ablaufen. Wir dachten, wir wüssten es, aber diese Entdeckung schlägt einen völlig neuen Weg vor, um sie zu erreichen“, fügt er hinzu.

Astronomen haben eine neue Art von Explosion entdeckt weißer Zwerg Die Sterne befinden sich in zwei Sternensystemen. Dieses Video fasst die Entdeckung zusammen.

Mikronovae sind sehr mächtige Ereignisse, aber klein im astronomischen Maßstab; Sie sind viel weniger energiereich als Starbursts, die als Novas bekannt sind und die Astronomen seit Jahrhunderten kennen. Beide Arten von Explosionen treten auf Weißen Zwergen auf, toten Sternen, deren Masse genauso groß ist wie unsere Sonne, aber so klein wie die Erde.

Ein Weißer Zwerg in einem Zwei-Sterne-System kann Materie, hauptsächlich Wasserstoff, von seinem Begleitstern stehlen, wenn sie nahe genug beieinander sind. Wenn dieses Gas auf die superheiße Oberfläche des Weißen Zwergsterns fällt, verschmelzen Wasserstoffatome explosionsartig zu Helium. Bei Supernovae treten diese thermonuklearen Explosionen auf der gesamten Sternoberfläche auf. „Solche Explosionen lassen die gesamte Oberfläche des Weißen Zwergs mehrere Wochen lang hell brennen und leuchten“, erklärt Co-Autorin Nathalie Degenar, Astronomin an der Universität Amsterdam in den Niederlanden.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein Zwei-Sterne-System, in dem Mikronovas auftreten können. Die blaue Scheibe, die den hellen Weißen Zwerg in der Bildmitte umkreist, besteht aus Material, hauptsächlich Wasserstoff, das seinem Begleitstern gestohlen wurde. Im Zentrum der Scheibe nutzt der Weiße Zwerg seine starken Magnetfelder, um Wasserstoff zu seinen Polen zu lenken. Wenn Materie auf die heiße Oberfläche des Sterns fällt, verursacht sie eine Mikronova-Explosion, die durch Magnetfelder an einem der Pole des Weißen Zwergs eingedämmt wird. Bildnachweis: ESO/M. Kornmeiser, El Calcada

Mikronovae sind ähnliche Explosionen, die kleiner und schneller sind und nur wenige Stunden dauern. Sie treten in einigen Weißen Zwergen mit starken Magnetfeldern auf, die Material zu den Magnetpolen des Sterns lenken. Wir haben nun erstmals gesehen, dass die Wasserstofffusion auch lokal erfolgen kann. Wasserstoffbrennstoff kann an der Basis der Magnetpole einiger Weißer Zwerge enthalten sein, sodass die Fusion nur an diesen Magnetpolen stattfindet“, sagt Paul Grote, Astronom an der Radboud-Universität in den Niederlanden und Mitautor der Studie.

„Dies führt zur Explosion von Mikronova-Fusionsbomben, die etwa ein Millionstel der Kraft einer Nova-Explosion haben, daher der Name Mikronova“, fährt Groot fort. Obwohl „teilweise“ darauf hindeuten könnte, dass diese Ereignisse klein sind, täuschen Sie sich nicht: Nur eine dieser Eruptionen könnte etwa 20.000.000 Billionen Kilogramm oder etwa 3,5 Milliarden der Großen Pyramiden von Gizeh durchbrennen.^[1]

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein Zwei-Sterne-System mit einem Weißen Zwerg (im Vordergrund) und einem Begleitstern (im Hintergrund), in dem Mikronovae auftreten können. Der Weiße Zwerg stiehlt seinem Begleiter das Material, das auf seine Pole gerichtet ist. Wenn Materie auf die heiße Oberfläche des Weißen Zwergs fällt, verursacht sie eine Mikronova-Explosion, die sich an einem der Pole des Sterns befindet. Bildnachweis: Mark Garlick

Diese neue Mikrostruktur stellt das Verständnis der Astronomen über Starbursts in Frage, und sie könnten häufiger vorkommen als bisher angenommen. „Es zeigt einfach, wie dynamisch das Universum ist. Diese Ereignisse mögen tatsächlich sehr häufig sein, aber weil sie so schnell sind, ist es schwierig, sie in Aktion zu sehen“, erklärt Scaringi.

Das Team stieß erstmals auf diese mysteriösen Mikroeruptionen, als es Daten von analysierte NASATransiting Exoplanet Survey Satellite (Ziegenbock). „Als wir uns astronomische Daten ansahen, die von TESS der NASA gesammelt wurden, entdeckten wir etwas Ungewöhnliches: einen hellen Blitz aus optischem Licht, der einige Stunden anhält. Für die weitere Forschung fanden wir mehrere ähnliche Signale“, sagt Degenar.

Dieses Video zeigt eine Animation einer Micronova-Explosion. Die blaue Scheibe, die den hellen Weißen Zwerg in der Bildmitte umkreist, besteht aus Material, hauptsächlich Wasserstoff, das seinem Begleitstern gestohlen wurde. Im Zentrum der Scheibe nutzt der Weiße Zwerg seine starken Magnetfelder, um Wasserstoff zu seinen Polen zu lenken. Wenn Materie auf die heiße Oberfläche des Sterns fällt, verursacht sie eine Mikronova-Explosion, die durch Magnetfelder an einem der Pole des Weißen Zwergs eingedämmt wird. Bildnachweis: ESO/L. Calsada, M. Cornmeiser

Das Team beobachtete drei Mikronovae mit TESS: zwei sind bekannte Weiße Zwerge, aber die dritte erforderte weitere Beobachtungen mit dem X-Shooter-Instrument am VLT der ESO, um den Zustand des Weißen Zwergs zu bestätigen.

„Mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO fanden wir heraus, dass all diese Lichtblitze von Weißen Zwergen erzeugt wurden“, sagt Degenar. „Diese Beobachtung war entscheidend für die Interpretation unseres Ergebnisses und der Entdeckung von Micronova“, fügt Scaringi hinzu.

Die Animation dieses Künstlers zeigt ein Zwei-Sterne-System, bei dem eine Komponente ein gewöhnlicher Stern und die andere ein Weißer Zwerg ist, der von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben erscheint. Ein Weißer Zwerg in einem Zwei-Sterne-System kann Materie, hauptsächlich Wasserstoff, von seinem Begleitstern stehlen, wenn sie nahe genug beieinander sind. Bildnachweis: ESO/M. Kornmeiser

Die Entdeckung von Makronovas erweitert das Repertoire bekannter Starbursts. Das Team möchte nun mehr dieser schwer fassbaren Ereignisse erfassen, was groß angelegte Untersuchungen und schnelle Folgemessungen erfordert. Scaringi kommt zu dem Schluss, dass „die schnelle Reaktion von Teleskopen wie dem VLT oder dem New Technology Telescope der ESO und die Auswahl an verfügbaren Instrumenten es uns ermöglichen werden, detaillierter zu enthüllen, was diese rätselhaften Mikropartikel sind.“

Referenz: „Local thermonuclear explosions from accumulating magnetic white dwarfs“ von S. Scaringi, P. J. Groot, C. Knigge, A. J. Bird, E. Breedt, D. H. Buckley, Y. Cavecchi, N. D. Degenaar, D. de Martino, C. Done M Frata, K. Ikevich, E. Cording, J.B. Lasota, C. Littlefield, C. F. Manara, M. O’Brien, P. Szkody und FX Timmes, 20. April 2022, hier verfügbar. Natur temperieren.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04495-6

Anmerkungen

1. Wir verwenden Billionen, um eine Million Millionen (1.000.000.000.000 oder 10¹²) und Milliarde bedeutet eine Milliarde (1.000.000.000 oder 10⁹). Die Große Pyramide von Gizeh in Kairo, Ägypten (auch als Cheops-Pyramide oder Cheops-Pyramide bekannt) wiegt etwa 5.900.000.000 kg.

Mehr Informationen

Diese Forschung wurde in einem Artikel mit dem Titel „Lokale thermonukleare Explosionen akkumulierender magnetischer Weißer Zwerge“ vorgestellt, der erscheinen soll Natur temperieren. Ein Folgeschreiben mit dem Titel „Triggering micronovae by magnetically limited accretion fluxes in accreating white dwarfs“ wurde zur Veröffentlichung angenommen in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Mannschaft an Natur temperieren Die Forschung wird von S. Scaringi (Center for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, UK) durchgeführt [CEA]), P. J. Groot (Fakultät für Astrophysik, Radboud University, N? Megen, Niederlande). [IMAPP] und das South African Astronomical Observatory, Kapstadt, Südafrika [SAAO] und Institut für Astronomie, Universität Kapstadt, Südafrika [Cape Town]), C. Knigge (School of Physics and Astronomy, University of Southampton, Southampton, UK). [Southampton]), A. J. Bird (Southampton), E. Breedt (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK), DAH Buckley (SAAO, Cape Town, Department of Physics, University of the Free State, Bloemfontein, South Africa), Y. Cavecchi (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México, México), ND Degenaar (Anton Pannekoek Institute of Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, Niederlande), D. de Martino (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Neapel, Italien), C. Done (CEA), M. Fratta (CEA), K. Ilkiewicz (CEA), E. Koerding (IMAPP), J.-P. Lasota (Nicolas Copernicus Astronomical Center, Polnische Akademie der Wissenschaften, Warschau, Polen, und Institute of Astrophysics in Paris, CNRS und Sorbonne Universitäten, Paris, Frankreich), C. Littlefield (Department of Physics, University of Notre Dame, USA und Department of Astronomie, Universität von WashingtonSeattle, USA [UW]), CF Manara (Europäische Südsternwarte, Garching, Deutschland). [ESO]), M. O’Brien (CEA), P. Szkody (UW), FX Timmes (School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Arizona, USA, Joint Institute for Nuclear Astrophysics – Center for Element Evolution, USA) .