Ein Brauner Zwerg hat verhindert, dass ein normaler Stern seinen gesamten Lebenszyklus durchläuft

Verfinsternde Doppelsternsysteme sind in unserem Universum relativ häufig. Für den zufälligen Beobachter sehen diese Systeme wie ein einzelner Stern aus, bestehen aber tatsächlich aus zwei Sternen, die eng beieinander kreisen. Das Studium dieser Systeme bietet Astronomen die Möglichkeit, die fundamentalen Eigenschaften (d. h. die Massen und Radien) dieser Systeme bzw. stellaren Komponenten direkt zu messen.

Vor kurzem hat ein Team brasilianischer Astronomen einen seltenen Anblick in der Milchstraße beobachtet – ein verdunkelndes Binärsystem, das aus einem Weißen Zwerg und einem Braunen Zwerg mit geringer Masse besteht. Noch ungewöhnlicher war die Tatsache, dass der Lebenszyklus des Weißen Zwergs durch seinen braunen Zwergenbegleiter vorzeitig abgebrochen zu sein schien, der seinen frühen Tod verursachte, indem er langsam Material absaugte und es zu Tode „verhungerte“.

Die Studie, in der ihre Ergebnisse detailliert beschrieben wurden, mit dem Titel „ HS 2231+2441: ein HW Vir-System bestehend aus einem Weißen Zwerg mit geringer Masse und einem Braunen Zwerg “, wurde vor kurzem dieMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Das Team wurde von Leonardo Andrade de Almeida geleitet, einem Postdoktoranden der Universität São Paolo Institut für Astronomie, Geophysik und Atmosphärenwissenschaften (IAG-USP), zusammen mit Mitgliedern der Nationales Institut für Weltraumforschung (MCTIC) und der State University of Feira de Santana.

Das Observatorio del Roque de los Muchachos befindet sich auf der Insel La Palma. Bildnachweis: IAC

Für ihre Studie führte das Team zwischen 2005 und 2013 Beobachtungen eines Doppelsternsystems mit dem Peak of Days-Observatorium in Brasilien. Diese Daten wurden dann mit Informationen des William Herschel Telescope kombiniert, das sich im Roque de los Muchachos-Observatorium auf der Insel La Palma. Dieses aus HS 2231+2441 bekannte System besteht aus einem Weißen Zwergstern und einem Braunen Zwergenbegleiter.

Weiße Zwerge, die das Endstadium von mittelschweren oder massearmen Sternen darstellen, sind im Wesentlichen das, was übrig bleibt, nachdem ein Stern seinen Wasserstoff- und Heliumbrennstoff aufgebraucht und seine äußeren Schichten abgeblasen hat. Ein Brauner Zwerg hingegen ist ein substellares Objekt mit einer Masse, die es zwischen der eines Sterns und eines Planeten platziert. Ein Doppelsternsystem zu finden, das aus beiden Objekten zusammen im selben System besteht, ist etwas, was Astronomen nicht jeden Tag sehen.

Wie Leonardo Andrade de Almeida in einem FAPESP . erklärte Pressemitteilung , „Diese Art von Binärdatei mit geringer Masse ist relativ selten. Bisher wurden nur wenige Dutzend beobachtet.“

Dieses spezielle binäre Paar besteht aus einem Weißen Zwerg, der zwischen zwanzig und dreißig Prozent der Masse der Sonne hat – 28.500 K (28.227 ° C; 50.840 ° F) – während der Braune Zwerg ungefähr 34-36 mal so groß ist wie der von Jupiter. Damit ist HS 2231+2441 das bisher untersuchte Doppelsternsystem mit der geringsten Sonnenfinsternis.

Die künstlerische Darstellung zeigt ein verfinsterndes Doppelsternsystem. Bildnachweis: ESO/L. Calçada.

In der Vergangenheit war der Primärstern (der Weiße Zwerg) ein normaler Stern, der sich schneller entwickelte als sein Begleiter, da er massereicher war. Sobald es seinen Wasserstoffbrennstoff aufgebraucht hatte, bildete es einen Helium-brennenden Kern. Zu diesem Zeitpunkt war der Stern auf dem Weg, ein Roter Riese zu werden, was passiert, wenn sonnenähnliche Sterne ihre Hauptreihenphase verlassen. Dieser wäre durch eine massive Ausdehnung mit einem Durchmesser von über 150 Millionen km (93,2 Millionen Meilen) gekennzeichnet gewesen.

Zu diesem Zeitpunkt kamen Almeida und seine Kollegen zu dem Schluss, dass es begann, gravitativ mit seinem Sekundären (dem Braunen Zwerg) zu interagieren. In der Zwischenzeit wurde der Braune Zwerg von der Atmosphäre des Primärteils (d. h. seiner Hülle) angezogen und verschlungen, was dazu führte, dass er seinen Bahndrehimpuls verlor. Schließlich überstieg die starke Anziehungskraft die Gravitationskraft und hielt die Hülle an ihrem Stern verankert.

Sobald dies geschah, begannen die äußeren Schichten des Primärsterns abgelöst zu werden, wodurch sein Heliumkern freigelegt wurde und riesige Mengen an Materie an den Braunen Zwerg geschickt wurden. Aufgrund dieses Masseverlusts starb der Überrest effektiv und wurde zu einem Weißen Zwerg. Der Braune Zwerg begann dann mit einer kurzen Umlaufzeit von nur drei Stunden seinen Primären Weißen Zwerg zu umkreisen. Als Almeida erklärt :

„Diese Massenübertragung vom massereicheren Stern, dem Primärobjekt, zu seinem Begleiter, dem Sekundärobjekt, war extrem heftig und instabil und dauerte nur kurze Zeit … Das Sekundärobjekt, das jetzt ein Brauner Zwerg ist, muss auch etwas Materie erworben haben, als es seine Hülle mit dem Primärobjekt teilte, aber nicht genug, um ein neuer Stern zu werden.“

Künstlerische Darstellung eines Braunen Zwergs, der einen Weißen Zwergstern umkreist. Bildnachweis: ESO

Diese Situation ähnelt der, die Astronomen im vergangenen Sommer bei der Untersuchung des Doppelsternsystems, bekannt als , bemerkten WD 1202-024 . Auch hier wurde ein Brauner Zwerg als Begleiter entdeckt, der eine Primäre Weißer Zwerg umkreiste. Darüber hinaus wies das für die Entdeckung verantwortliche Team darauf hin, dass der Braune Zwerg wahrscheinlich näher an den Weißen Zwerg herangezogen wurde, als er in seine Phase des Roten Riesenzweigs (RGB) eintrat.

An diesem Punkt beraubte der Braune Zwerg das Primäre seiner Atmosphäre und legte den Überrestkern des Weißen Zwergs frei. In ähnlicher Weise führte die Interaktion des Primären mit einem Braunen Zwerg als Begleiter zu einem vorzeitigen Sternentod. Dass innerhalb kurzer Zeit zwei solcher Entdeckungen stattfanden, ist ein Zufall. Angesichts des Alters des Universums (das ungefähr 13,8 Milliarden Jahre alt ist) können tote Objekte nur in Doppelsystemen entstehen.

Allein in der Milchstraße existieren etwa 50 % der massearmen Sterne als Teil eines Doppelsternsystems, während massereiche Sterne fast ausschließlich in Doppelsternpaaren existieren. In diesen Fällen interagieren ungefähr drei Viertel auf irgendeine Weise mit einem Begleiter – sie tauschen Masse aus, beschleunigen ihre Rotation und verschmelzen schließlich.

Wie Almeida andeutete, könnte die Untersuchung dieses Doppelsternsystems und ähnlicher Systeme Astronomen ernsthaft helfen zu verstehen, wie heiße, kompakte Objekte wie Weiße Zwerge entstehen. „Binäre Systeme bieten eine direkte Möglichkeit, den Hauptparameter eines Sterns, nämlich seine Masse, zu messen“, sagte er. „Deshalb sind Doppelsysteme für unser Verständnis des Lebenszyklus von Sternen von entscheidender Bedeutung.“

Erst in den letzten Jahren wurden massearme Weiße Zwerge entdeckt. Doppelsysteme zu finden, in denen sie mit Braunen Zwergen – im Wesentlichen gescheiterten Sternen – koexistieren, ist eine weitere Seltenheit. Aber mit jeder neuen Entdeckung wachsen die Möglichkeiten, die Bandbreite der Möglichkeiten in unserem Universum zu studieren.

Weiterlesen: São Paulo Forschungsstiftung , MNRAS