Etwa 97% aller Sterne in unserem Universum sind dazu bestimmt, ihr Leben als Weiße Zwerge zu beenden, was die letzte Stufe ihrer Entwicklung darstellt. Wie Neutronensterne bilden sich Weiße Zwerge, nachdem Sterne ihren Kernbrennstoff erschöpft haben und einem Gravitationskollaps unterliegen, wobei ihre äußeren Schichten abgestoßen werden, um superkompakte Sternüberreste zu werden. Dies wird das Schicksal unserer Sonne in Milliarden von Jahren sein, die zu einem roten Riesen anschwellen wird, bevor sie ihre äußeren Schichten verliert.
Im Gegensatz zu Neutronensternen, die aus massereicheren Sternen hervorgehen, hatten Weiße Zwerge einst etwa die achtfache Masse unserer Sonne oder weniger. Für Wissenschaftler ist die Dichte und Gravitationskraft dieser Objekte eine Gelegenheit, die Gesetze der Physik unter einigen der denkbar extremsten Bedingungen zu studieren. Entsprechend neue Forschung Unter der Leitung von Forschern des Caltech wurde ein solches Objekt gefunden, das sowohl der kleinste als auch der massereichste Weiße Zwerg ist, der je gesehen wurde.
Die Studie, die die Ergebnisse des Forschungsteams beschreibt, erschien in der 1. JuliNSAusgabe der wissenschaftlichen ZeitschriftNatur.Die Recherche wurde geleitet von Ilaria Caiazzo , Sherman Fairchild Postdoctoral Scholar Research Associate in Theoretical Astrophysics am Caltech, und schlossen Kollegen von Caltech, the Universität von British Columbia (UBC), UC Santa Cruz und die Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel.
Künstlerische Darstellung des Weißen Zwergs ZTF J1901+1458 über dem Mond in dieser künstlerischen Darstellung; in Wirklichkeit liegt der Weiße Zwerg 130 Lichtjahre entfernt im Sternbild Adler. Bildnachweis: Giuseppe Parisi
Dieser Weiße Zwerg, bekannt als ZTF J190132.9+145808.7 (auch bekannt als ZTF J1901+1458), befindet sich etwa 130 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist schätzungsweise 1,35-mal so massereich wie unsere Sonne. Dieser Weiße Zwerg hat jedoch einen Sternradius von etwa 1810 km (1.125 Meilen) – etwas größer als der Mond (1.737,4 km; 1.080 Meilen) – und ist damit der kleinsteundder massivste weiße Zwerg, der jemals beobachtet wurde. Wie Caiazzo in einem kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung vom W.M. Keck Observatorium:
„Es mag widersinnig erscheinen, aber kleinere Weiße Zwerge sind zufällig massiver. Dies liegt daran, dass Weißen Zwergen das nukleare Brennen fehlt, das normale Sterne gegen ihre eigene Schwerkraft aufrechterhält, und ihre Größe stattdessen durch die Quantenmechanik reguliert wird.“
Dieser Weiße Zwerg hat auch ein extremes Magnetfeld, das von 600 bis 900 MegaGauss (MG) über seine gesamte Oberfläche reicht, also etwa 1 Milliarde Mal stärker als das unserer Sonne. Dieses Magnetfeld hat eine der schnellsten Rotationsperioden, die jemals bei einem isolierten Weißen Zwerg beobachtet wurde und peitscht alle 6,94 Minuten um die Sternachse. Darüber hinaus bietet die Erforschung dieses Weißen Zwergs Astronomen bereits Einblicke, wie Doppelsysteme ihr Leben beenden.
Dieser merkwürdige Weiße Zwerg wurde ursprünglich von Kevin Burdge, einem Postdoktoranden am Caltech und Mitautor der aktuellen Studie, entdeckt. Basierend auf All-Sky-Bildern der Übergangseinrichtung Zwicky (ZTF) am Palomar-Observatorium des Caltech, kombiniert mit Daten der ESAGaia-Observatorium, wurde deutlich, dass der Weiße Zwerg auch sehr massiv war und eine schnelle Rotation hatte.
Künstlerische Darstellung eines Weißen Zwergs von der Oberfläche eines umkreisenden Exoplaneten. Bildquelle: Madden/Cornell University
Weitere Charakterisierungen wurden unter Verwendung der 200-Zoll-Hale-Teleskop bei Palomar, dem W. M. Keck-Observatorium , das Panorama-Vermessungsteleskop und Schnellreaktionssystem (PanSTARRS), die ESAs Gaia-Observatorium , und NASAs Neil Gehrels Swift-Observatorium . Während Spektren von Kecks Bildgebendes Spektrometer mit niedriger Auflösung (LRIS) zeigte Signaturen eines starken Magnetfelds, ultraviolette Daten von Swift halfen dabei, die Größe und Masse des Weißen Zwergs einzuschränken.
Zwischen seinem starken Magnetfeld und einer siebenminütigen Rotationsgeschwindigkeit begannen Caiazza und ihre Kollegen zu glauben, dass ZTF J1901+1458 das Ergebnis von zwei kleineren Weißen Zwergen war, die zu einem verschmolzen. Ungefähr 50% der Sterne im beobachtbaren Universum sind Doppelsysteme, die aus zwei stellaren Begleitern bestehen, die sich gegenseitig umkreisen. Wenn diese Sterne jeweils weniger als acht Sonnenmassen haben, entwickeln sie sich zu Weißen Zwergen, die schließlich zu einer massereicheren Variante verschmelzen.
Dieser Prozess verstärkt das Magnetfeld des resultierenden Weißen Zwergs und beschleunigt seine Rotation im Vergleich zu der seiner Vorfahren. Es würde auch erklären, wie es ZTF J1901+1458 gelingt, eine so beträchtliche Masse auf ein Volumen zu konzentrieren, das etwas über dem des Mondes liegt. Darüber hinaus, so Caiazzo, theoretisieren sie, dass der Überrest massiv genug sein könnte, um sich irgendwann zu einem Neutronenstern zu entwickeln:
„Wir haben dieses sehr interessante Objekt gefangen, das nicht massiv genug war, um zu explodieren. Wir untersuchen wirklich, wie massiv ein Weißer Zwerg sein kann. Dies ist hochspekulativ, aber es ist möglich, dass der Weiße Zwerg massiv genug ist, um weiter zu einem Neutronenstern zu kollabieren. Es ist so massiv und dicht, dass in seinem Kern Elektronen von Protonen in Kernen eingefangen werden, um Neutronen zu bilden. Da der Druck der Elektronen gegen die Schwerkraft wirkt und den Stern intakt hält, kollabiert der Kern, wenn eine genügend große Anzahl von Elektronen entfernt wird.“
Wenn ihre Hypothese richtig ist, kann dies bedeuten, dass ein erheblicher Teil anderer Neutronensterne in unserer Galaxie ihr Leben nicht als massereiche Sterne begonnen hat, sondern sich stattdessen aus kleineren Doppelsternen entwickelt hat. Die Nähe des neu entdeckten Objekts zur Erde (~130 Lichtjahre) und die Tatsache, dass es relativ jung ist (etwa 100 Millionen Jahre alt) sind Hinweise darauf, dass ähnliche Objekte in unserer Galaxie häufig vorkommen könnten.
In Zukunft hoffen Caiazzo und ihre Kollegen, mit ZTF mehr Weiße Zwerge wie ZTF J1901+1458 sowie allgemein mehr zu finden. Mit einer Zählung der Weißen Zwerge werden Wissenschaftler in der Lage sein, die Population als Ganzes zu untersuchen und festzustellen, wie viele von massereichen Sternen das Ergebnis einer Supernova waren und wie viele von der Verschmelzung von binären Gefährten gegen Ende ihres Lebens.
„Es gibt so viele Fragen zu beantworten, zum Beispiel wie hoch die Verschmelzungsrate von Weißen Zwergen in der Galaxie ist und reicht dies aus, um die Anzahl der Supernovae vom Typ Ia zu erklären?“ Sie sagte. „Wie wird bei diesen mächtigen Ereignissen ein Magnetfeld erzeugt und warum gibt es bei Weißen Zwergen eine solche Vielfalt der Magnetfeldstärken? Das Auffinden einer großen Population von Weißen Zwergen, die aus Fusionen hervorgegangen sind, wird uns helfen, all diese und mehr Fragen zu beantworten.“
Weiterlesen: W. M. Keck-Observatorium , Natur
