Eine Nova ist eine dramatische Episode im Leben eines Doppelsternpaares. Es ist eine Explosion von hellem Licht, die Wochen oder sogar Monate andauern kann. Und obwohl sie nicht gerade selten sind – es gibt etwa 10 pro Jahr in der Milchstraße – haben Astronomen noch nie einen von Anfang bis Ende beobachtet.
Bis jetzt.
Eine Nova tritt in einem nahen Doppelsternsystem auf, wenn einer der Sterne seine Phase des Roten Riesen durchlaufen hat. Dieser Stern hinterlässt einen Überrest eines Weißen Zwergs. Wenn sich der Weiße Zwerg und sein Partner nahe genug kommen, zieht die massive Anziehungskraft des Weißen Zwergs Material, hauptsächlich Wasserstoff, vom anderen Stern.
Dieser Wasserstoff akkumuliert auf der Oberfläche des Weißen Zwergs und bildet eine dünne Atmosphäre. Der Weiße Zwerg erhitzt den Wasserstoff und schließlich wird der Gasdruck extrem hoch und die Fusion wird gezündet. Nicht irgendeine Fusion: schnelle, außer Kontrolle geratene Fusion.
Wenn die schnelle Fusion zündet, können wir das Licht sehen und die neue Wasserstoffatmosphäre wird vom Weißen Zwerg weg in den Weltraum ausgestoßen. In der Vergangenheit hielten Astronomen diese neuen hellen Lichter für neue Sterne, und der Name 'Nova' blieb. Astronomen nennen diese Nova-Arten heute „klassische“ Novae. (Es gibt auch wiederkehrende Novae, wenn sich der Vorgang wiederholt.)
„Plötzlich war ein Stern auf unseren Platten, der am Tag zuvor noch nicht da war.“
Rainer Kuschnig, BRITE Operations Manager, TU Graz
Dies ist ein enorm energetisches Ereignis, das nicht nur sichtbares Licht, sondern auch Gamma- und Röntgenstrahlen erzeugt. Das Endergebnis ist, dass einige Sterne, die nur durch ein Teleskop gesehen werden konnten, während einer Nova mit bloßem Auge gesehen werden können.
All dies ist in der Astronomie und Astrophysik weithin anerkannt. Aber vieles davon ist theoretisch. Vor kurzem hatten Astronomen, die die BRITE-Konstellation (BRIight Target Explorer) von Nanosatelliten verwendeten, das Glück, den gesamten Prozess von Anfang bis Ende zu beobachten und die Theorie zu bestätigen.
Ein statistisches Übersichtsdiagramm für die BRITE-Konstellation von 2019. Bildquelle: Konstanze Zwintz.
BRITE ist eine Konstellation von Nanosatelliten, die entwickelt wurde, um 'stellare Struktur und Entwicklung der hellsten Sterne am Himmel und ihre Interaktion mit der lokalen Umgebung zu untersuchen', so die Website. Sie operieren im erdnahen Orbit und haben nur wenige Einschränkungen in Bezug auf die Teile des Himmels, die sie beobachten können. BRITE ist ein koordiniertes Projekt österreichischer, polnischer und kanadischer Forscher.
Diese allererste Beobachtung einer Nova war reiner Zufall. BRITE hatte mehrere Wochen damit verbracht, mehrere Wochen lang 18 Sterne im Sternbild Carina zu beobachten. Eines Tages tauchte ein neuer Star auf. BRITE-Betriebsleiter Rainer Kuschnig fand die Nova bei einer täglichen Inspektion. 'Plötzlich war ein Star auf unseren Platten, der am Tag zuvor noch nicht da war', sagte er in a Pressemitteilung . „So etwas hatte ich in all den Jahren der Mission noch nie gesehen!“
Ein Bild vom Sternenhimmel. Rechts im Bild ist die NOVA CARINAE 2018 (V906 Carinae) zu sehen. KREDIT: W. Paech und F. Hofmann, Chamaeleon and Onjala Observatory Namibia
Professor Werner Weiss ist vom Institut für Astrophysik der Universität Wien. In einer Pressemitteilung betonte er die Bedeutung dieser Beobachtung. „Aber was lässt einen bisher unscheinbaren Stern explodieren? Dies war ein Problem, das bisher nicht zufriedenstellend gelöst wurde“, sagte er. Die Explosion von Nova V906 im Sternbild Carina gibt den Forschern einige Antworten und bestätigt einige der theoretischen Konzepte hinter Novae.
„Es ist fantastisch, dass zum ersten Mal eine Nova von unseren Satelliten noch vor ihrem eigentlichen Ausbruch und erst viele Wochen später beobachtet werden konnte.“
Professor Otto Koudelka, Projektleiter, BRITE Österreich.
V906 Carinae wurde zuerst von den . gesichtet All-Sky Automatisierte Vermessung für Supernovae . Glücklicherweise tauchte sie in einem Bereich des Himmels auf, der wochenlang von BRITE beobachtet wurde, so dass die Daten, die die Nova dokumentieren, in BRITE-Daten enthalten sind. „Es ist fantastisch, dass erstmals eine Nova von unseren Satelliten noch vor ihrer eigentlichen Eruption und noch viele Wochen später beobachtet werden konnte“, sagt Prof. Otto Koudelka, Projektleiter des Satelliten BRITE Austria (TUGSAT-1) an der TU Graz .
V906 Carinae ist etwa 13.000 Lichtjahre entfernt, damit ist das Ereignis bereits Geschichte. „Schließlich ist diese Nova so weit von uns entfernt, dass ihr Licht etwa 13.000 Jahre braucht, um die Erde zu erreichen“, erklärt Weiss.
Das BRITE-Team hat seine Ergebnisse in einem neuen Papier veröffentlicht. Das Papier trägt den Titel „ Direkter Beweis für stoßbetriebene optische Emission in einer Nova. “ Es wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Erstautor ist Elias Aydi von der Michigan State University.
„Dieser glückliche Umstand war ausschlaggebend dafür, dass das Nova-Ereignis mit nie dagewesener Präzision aufgezeichnet werden konnte“, erklärt Prof. Konstanze Zwintz, Leiterin des BRITE Science Teams, vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck. Zwintz habe sofort gemerkt, „dass wir Zugang zu weltweit einzigartigem Beobachtungsmaterial haben“, heißt es in einer Pressemitteilung.
Novae wie V906 Carinae sind thermonukleare Explosionen auf der Oberfläche von Weißen Zwergsternen. Lange Zeit dachten Astrophysiker, dass die Leuchtkraft einer Nova durch kontinuierliches nukleares Brennen nach dem ersten Ausbruch der außer Kontrolle geratenen Fusion angetrieben wird. Aber die Daten von BRITE legen etwas anderes nahe.
In der neuen Arbeit zeigen die Autoren, dass Schocks eine größere Rolle spielen als gedacht. Die Autoren sagen, dass „Schocks innerhalb der Nova-Ejekta die Nova-Emission dominieren können“. Diese Schocks können nach Ansicht der Autoren auch an anderen Ereignissen wie Supernovae, Sternverschmelzungen und Gezeitenstörungen beteiligt sein. Bisher fehlten jedoch Beobachtungsnachweise.
„Hier berichten wir über simultane weltraumgestützte optische und ?-Strahlenbeobachtungen der Nova V906 Carinae (ASASSN-18fv) aus dem Jahr 2018, die eine bemerkenswerte Reihe unterschiedlicher korrelierter Flares in beiden Bändern aufdecken“, schreiben die Forscher. Da diese Flares gleichzeitig auftreten, deutet dies auf einen gemeinsamen Ursprung von Schocks hin.
„Während der Flares verdoppelt sich die Nova-Leuchtkraft, was bedeutet, dass der Großteil der Leuchtkraft schockbetrieben ist.“ Anstatt also ständig nuklear zu brennen, werden Novae von Erschütterungen angetrieben. „Unsere Daten, die das Spektrum von Radio- bis Gammastrahlen umfassen, liefern direkte Beweise dafür, dass Schocks eine beträchtliche Leuchtkraft in klassischen Novae und anderen optischen Transienten erzeugen können.“
„A“ zeigt helles V906 Carinae, das mit einem weißen Pfeil gekennzeichnet ist. „b“ und „c“ zeigen den Stern HD 92063 vor und nach dem V906 Carinae nova. Bildquelle: A. Maury und J. Fabrega
Im weiteren Sinne hat sich gezeigt, dass Schocks bei Ereignissen wie Novae eine gewisse Rolle spielen. Aber dieses Verständnis basiert weitgehend auf dem Studium von Zeitskalen und Leuchtkraft. Diese Studie ist die erste direkte Beobachtung solcher Schocks und wahrscheinlich nur der Anfang, um die Rolle, die Schocks spielen, zu beobachten und zu verstehen.
Zum Abschluss ihres Artikels schreiben die Autoren: „Unsere Beobachtungen von nova V906 Car zeigen definitiv, dass durch stark absorbierte, energetische Stöße in explosiven Transienten eine beträchtliche Leuchtkraft erzeugt – und bei optischen Wellenlängen hervortreten kann.“
Sie fahren fort: „Mit modernen Zeitbereichserhebungen wie z ASAS-SN , das Übergangseinrichtung Zwicky (ZTF) und die Vera C. Rubin-Observatorium , werden wir mehr – und eine höhere Leuchtkraft – Transienten entdecken als je zuvor. Die Novae in unserem galaktischen Hinterhof werden weiterhin entscheidend sein, um die physischen Treiber dieser fernen, exotischen Ereignisse zu testen.“
