Der Weiße Zwerg nutzt seine starken Magnetfelder, um den Wasserstoff blau zu seinen Polen zu leiten, wodurch eine Mikronova-Explosion ausgelöst wird, die von den Magnetfeldern an einem der Pole des Weißen Zwergs eingedämmt wird.
Ein Team von Astronomen verbrachte fast ein ganzes Jahr völlig verwirrt durch einen Lichtblitz, den sie dabei erwischten, wie er aus der Leiche eines toten Sterns platzte.
„Diese weißen Zwerge zeigten Ausbrüche, bei denen die Helligkeit … in weniger als einer Stunde um bis zu einem Faktor 30 zunehmen würde … und sie würden in etwa 10 Stunden verblassen“, Astrophysiker Simone Scaringi, ein Co-Autor der Studie, erzählt IE.
Nachdem sie monatelang über die Quelle der plötzlichen thermonuklearen Explosion nachgedacht hatten, erkannten sie, dass das Phänomen – sie nennen es eine „Mikronova“ – für die Wissenschaft neu war. Bei den meisten anderen Sternexplosionen, an denen Weiße Zwerge beteiligt sind, ist der Stern vollständig von einem „Hülle" aus Wasserstoff, die wochen- oder monatelang hell brennt. Die Forscher glauben, dass eine Mikronova auftritt, wenn das starke Magnetfeld des Weißen Zwergs den Wasserstoff in der Nähe seiner Pole einschließt.
Die Entdeckung ist in a beschrieben Papier veröffentlicht am Mittwoch im Peer-Review-JournalNatur.
„Zum ersten Mal haben wir jetzt gesehen, dass die Wasserstofffusion auch lokal stattfinden kann“, sagt der Astronom Paul Groot, ein weiterer Co-Autor. „Der Wasserstoffbrennstoff kann an der Basis der Magnetpole einiger Weißer Zwerge enthalten sein, sodass die Fusion nur an diesen Magnetpolen stattfindet.“
Die Explosion geschah vor Jahrtausenden
Die Forscher glauben, dass Folgendes passiert ist. Milliarden von Jahren lang umkreisten sich zwei Sterne, die sich nicht sehr von der Sonne unterschieden, in einer gemeinsamen Anordnung, die Astronomen ein binäres System nennen. Irgendwann hatte einer der Sterne seinen gesamten Brennstoff umgewandeltin Atome, die zu schwer sind, um zu verschmelzen, und „starben“ und sich in ein dichtes Objekt namens Weißer Zwerg verwandeln.
„Ein Weißer Zwerg ist das, was aus der Sonne wird, wenn sie ihren ganzen Brennstoff verbrannt hat“, sagt Scaringi. Keine Sorge – das wird nicht in mehreren Milliarden Jahren so sein. „Was Ihnen bleibt, istder inerte Kern, der ein sehr dichtes Objekt ist. Weiße Zwerge sind normalerweise etwa so groß wie die Erde und haben eine Masse von etwa der der Sonne."
Der Weiße Zwerg und der Stern umkreisten sich weiterhin wie zuvor. Dann, vor ungefähr 4.000 Jahren – als sich die erste Zivilisation in Griechenland bewegte – bekam der Weiße Zwerg etwas Wasserstoff von seinem Begleitstern in die Hände.
„Weil diese beiden Objekte so nahe beieinander liegen, zieht der Weiße Zwerg dem Begleiter tatsächlich Material ab. Er stiehlt buchstäblich einen Teil der Atmosphäre des Begleitsterns, zieht ihn an und akkretiert ihn auf seiner Oberfläche“, sagt Scaringi.
Der Weiße Zwerg fusionierte den Wasserstoff in einer riesigen und schnellen thermonuklearen Explosion zu schwereren Elementen. Die Forscher glauben, dass die Menge an Wasserstoff, die die Explosion antreibt, ungefähr 3,5 Milliarden Mal die Masse der Großen Pyramiden von Gizeh betrug. Das ist nach irdischen Maßstäben groß, aber es ist soMikro in kosmischen Begriffen. Eine normale Nova ist ungefähr eine Million Mal größer.
Die nukleare Explosion schickte Licht – sowohl sichtbares als auch ultraviolettes Licht – in den Weltraum. Nach Jahrtausenden in Bewegung landete ein sehr, sehr kleiner Prozentsatz dieses Lichts auf dem Detektor eines NASA-Satelliten, als die elektromagnetischen Wellen an unserer Ecke vorbeizogenDie Milchstraße.
„Sie sind wirklich schwer zu finden, weil man zur richtigen Zeit am richtigen Ort suchen muss. Wenn Sie dieses kleine Fenster verpassen, wäre es, als wäre nie etwas passiert“, sagt Scaringi.
"Wir waren nur verwirrt"
Natürlich suchten Scaringi und seine Kollegen nicht nach Mikronovae, als sie die erste fanden. Er hat Jahre damit verbracht, Daten der NASA-Sonde, des Transiting Exoplanet Survey Satellite TESS, zu verwenden, um etwa hundert Weiße Zwerge im Auge zu behalten. Er untersucht die Materiescheiben, die sich um die stellaren Überreste sammeln.
„TESS starrt mindestens einen Monat und manchmal bis zu einem Jahr auf dasselbe Objekt, daher bekommen wir meistens diese unglaublich langen und präzisen Helligkeitsvariationen“, sagt er. „Das liegt nur daran, dass wir so viele Daten hattenein Objekt, das wir diese 10-Stunden-Fackel sehen konnten, sonst wäre es verloren gegangen.“
„Nachdem wir den ersten gefunden hatten, waren wir einfach nur verwirrt. Und so versuchten wir etwa ein Jahr lang, diese wirklich schnellen Helligkeitsschwankungen zu erklären, [aber] ohne Erfolg“, sagt er. Es mag wie eine ungewöhnliche Situation klingen,aber mit Dutzenden von Satelliten und bodengestützten Teleskopen, die ständig Terabytes an Daten sammeln, ist diese Art von Verwirrung an der Tagesordnung."
„So machen wir Wissenschaft, besonders in der heutigen Zeit, in der wir mit Daten überschwemmt werden. Manchmal findet man einfach etwas, das man nicht sofort erklären kann“, sagt Scaringi.
Zuerst verglichen sie die mysteriösen Daten mit Theorien über Weiße Zwerge, die Forscher bereits vorgeschlagen hatten, aber ein heller Blitz, der so kurz anhielt, passte nicht zu einer bestehenden Theorie. Dann beschlossen sie, ihr Rätsel mit ihnen zu teilendie wissenschaftliche Gemeinschaft.
„Wir begannen, einen Entwurf zu schreiben, [der] im Wesentlichen die Entdeckung zeigte und alle [Erklärungen für die Daten] auflistete, an die wir dachten, und wie keine davon wirklich funktionieren würde“, sagt er.
Mehr Daten halfen den Forschern zu verstehen, was sie gesehen hatten
„Dann haben wir endlich zwei weitere Objekte gefunden, die bemerkenswert ähnliche Profile zeigten“, sagt er. Das Hinzufügen zusätzlicher Fälle zu dem Beweisberg machte den Unterschied.
„Diese anderen Objekte wurden ebenfalls als magnetische Weiße Zwerge vermutet. Dies half uns dann, unsere Vorstellung davon, was vor sich ging, zu verfeinern“, sagt er.
Die Forscher begannen mit dem Bau von Modellen auf der Grundlage dessen, was sie sicher über größere Nova-Explosionen wussten.
"Wir fingen an, Fragen zu stellen wie 'Was würde passieren, wenn das Magnetfeld stark genug wäre, um den Wasserstoff an den Magnetpolen zu lokalisieren?' 'Wie viel Masse würde es verbrennen?' und 'Wie schnell würden diese Ereignisse andauern?'"
Die zusätzlichen Daten machten es den Forschern auch leichter, das Phänomen, das sie untersuchten, mit einem anderen gut verstandenen astronomischen Ereignis zu vergleichen. Es stellte sich heraus, dass Neutronensterne – die Überreste viel größerer Sterne, die zu winzigen, unglaublich dichten Protonenkugeln kollabierenund Neutronen – erzeugen ähnliche Explosionen.
„Seit mehreren Jahrzehnten wissen wir, dass Neutronensterne diese Röntgenblitze zeigen, die das Ergebnis von thermonuklearen Explosionen sind, wenn Sie so wollen“, sagt er. „Die Hauptunterschiede sind, dass Neutronensterne ungefähr eine kleine Stadt sind unddie Röntgenblitze dauern nur etwa ein oder zwei Minuten", fügt er hinzu.
Diese Unterschiede sind wichtig, aber sie ändern nichts an einem zugrunde liegenden Muster. „Wenn man sich die Lichtkurvenprofile ansieht, sehen Neutronensterne [und Weiße Zwerge] im Wesentlichen wie Kopien voneinander aus“, sagt er.
Die Kombination aus sinnvollen Modellen und dem analogen Prozess von Neutronensternen überzeugte die Forscher, dass sie eine Erklärung für die mysteriösen Explosionen gefunden hatten.
Aber das ist noch lange nicht das Ende der Geschichte.
"Aber die Tatsache, dass wir in so kurzer Zeit drei finden konnten, bedeutet wahrscheinlich, dass es da draußen viel mehr Systeme gibt, die Mikronova zeigen", sagt Scaringi.
"Die Suche läuft jetzt."