Fünfeinhalb Minuten für eine Umkreisung

14. März 2010, 17:18
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Rasanter Totentanz: Im binären System HM Cancri brechen zwei Weiße Zwerge alle bisherigen Geschwindigkeitsrekorde

München - In einer Entfernung von 16.000 Lichtjahren von der Erde umkreisen einander zwei Sterne so schnell, wie man bisher nicht für möglich gehalten hatte. Nur 5,4 Minuten brauchen die beiden Sterne des binären Systems HM Cancri dazu, berichtet ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift "Astrophysical Journal Letters". "Es handelt sich dabei um Überreste normaler Sterne, sogenannte Weiße Zwerge. Ihr Abstand beträgt nur ein Viertel von jenem zwischen Erde und Mond", erklärt Studienautor Arne Rau vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.

Die beiden Sterne bestehen aus hoch verdichtetem Helium, Kohlenstoff und Sauerstoff. Obwohl ihre Größe jener der Erde entspricht, ist ihre Masse halb so groß wie jene unserer Sonne. "Ein Fingerhut ihrer Materie würde auf der Erde soviel wiegen wie ein Pkw", so der Vergleich der Forscher. Aufgrund ihrer großen Entfernung zur Erde sind die Himmelsobjekte sehr leuchtschwach wahrzunehmen und konnten erst 1999 festgestellt werden. Schon damals stellte man Variationen der von ihnen ausgehenden Röntgenstrahlen mit einer Periode von 5,4 Minuten fest, ohne dass man diese erklären konnte.

Theorien

In Überlegung waren damals mehrere Erklärungen, berichtet Rau. "Plausibel schien, dass sich der schwerere Stern um die eigene Achse dreht und nur von einer bestimmten Region eine Röntgenstrahlung ausgesendet wird. Es hätte auch sein können, dass ein starkes Magnetfeld eines der beiden Sterne den zweiten Stern stark beeinflusst." Als dritte Erklärung bot sich das Kreisen zweier Weißer Zwerge um eine gemeinsame Mitte an. Dabei würde der schwere Stern Masse vom leichteren abziehen, die wiederum beim Einschlagspunkt Emissionen auslöse. "Die dafür nötige kurze Umlaufzeit schien allerdings sehr unwahrscheinlich", so der Münchner Astrophysiker.

Dass die dritte Variante zutrifft, konnte nun bewiesen werden. Dazu verglichen die Forscher mit dem bisher sensibelsten verfügbaren Teleskop auf Hawaii hunderte Spektren der Doppelsterne, die man in kürzester Zeit aufgenommen hatte. Auf Grundlage des Doppler-Effekts konnten sie Spektrallinien von HM Cancri feststellen, die auf Änderungen ihrer Geschwindigkeit schließen lassen. "Die Dauer der Umkreisung beträgt tatsächlich nur 5,4 Minuten. Das ist wesentlich kürzer als der Rekord von rund 10,5 Minuten, der bisher bei einem Sternensystem sicher nachgewiesen werden konnte", betont Rau.

Forscherinteresse

Für die Astrophysik relevant sei diese Entdeckung zunächst bei der Suche nach der Entstehung einer Supernova vom Typ Ia. "Wir benutzen diese Supernova-Explosionen, um festzustellen, ob sich das Universum ausdehnt oder zusammenzieht. Allerdings wissen wir noch nicht genau, wie diese Explosionen entstehen. Ein Doppelstern, wie wir ihn jetzt untersucht haben, könnte in ein paar Millionen Jahren zu einer solchen Supernova werden", so Rau. Erst kürzlich veröffentlichte ein internationales Astronomenteam seine Erkenntnisse, wonach Typ Ia-Supernovae zumindest in elliptischen Galaxien entstehen können, wenn zwei dichte Sterne - Überreste größerer Sterne am Ende ihrer Lebensdauer - miteinander verschmelzen. Ob dies auch in Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße der Hauptmechanismus für Typ Ia-Supernovae sein kann, ließen die Forscher offen.

Noch interessanter ist es jedoch, dass HM Cancri eine der stärksten Gravitationswellenstrahler im bekannten Universum sein dürfte. "In naher Zukunft werden wir hoffentlich in der Lage sein, zum ersten Mal Gravitationswellen direkt nachzuweisen. Dazu soll ein aus drei Teilen bestehendes Satellitensystem in des Weltall geschickt werden. Diese werden sich gegenseitig mit Laserstrahlen beschießen, und aus den Laufzeitunterschieden die Gravitationswellen berechnen. Es wäre ein Schock, sollte HM Cancri nicht gesehen werden, zudem würde es eine der Hauptaussagen aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie in Frage stellen."

Für die Zukunft des nun analysierten binären Systems gibt es für Rau mehrere Optionen: "Die Röntgen-Beobachtungen deuten darauf, dass sich die Sterne weiter annähern. Möglich ist es, dass der leichtere Stern solange an Masse verliert, bis er vom schweren aufgefressen wird. Andererseits erwarten wir auch, dass sich die beiden Sterne wieder auseinander bewegen und damit der Massenüberfluss wieder sinkt." Weiße Zwerge seien extreme Sterne, die auf Grund der hohen Dichte der normalen Vorstellung widersprechen können. "Wenn der leichtere Stern Masse verliert, wird er größer. Dadurch verschiebt sich das Massenzentrum nach außen und die Perioden werden länger", vermutet der Experte. (pte/red)

  • Das binäre Sternsystem HM Cancri, gezeichnet von einem NASA-Illustrator.
    illustration: nasa/tod strohmayer (gsfc)/dana berry (chandra x-ray observatory

    Das binäre Sternsystem HM Cancri, gezeichnet von einem NASA-Illustrator.

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