
Vor über zwei Jahren beobachtete die Fermi-LAT-Kollaboration ein „Ohr- und Augenöffnen“-Ereignis – den genauen Ort, an dem eine Sternexplosion namens Nova eine der energiereichsten Formen elektromagnetischer Wellen aussendete… Gammastrahlen. Als es 2012 zum ersten Mal entdeckt wurde, war es ein Rätsel, aber die Ergebnisse könnten sehr gut darauf hinweisen, was Gammastrahlenemissionen verursachen könnte.
„Wir haben nicht nur herausgefunden, woher die Gammastrahlen kommen, sondern haben auch einen Blick auf ein bisher unbekanntes Szenario geworfen, das bei anderen Nova-Explosionen üblich sein könnte“, sagte Laura Chomiuk von der Michigan State University.
Eine Nova? Laut den Fermi-Forschern entsteht eine klassische Nova aus außer Kontrolle geratenen thermonuklearen Explosionen auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs, der Materie von einem massearmen Hauptreihengefährten ansammelt. Während es sich in Material ansammelt, schleudert das thermonukleare Ereignis Trümmer in den umgebenden Raum. Astronomen haben jedoch nicht erwartet, dass dieses „normale“ Ereignis hochenergetische Gammastrahlen erzeugt!
Erklärt das Fermi-LAT-Team: „Die Gammastrahlen-Detektionen weisen auf unerwartete hochenergetische Teilchenbeschleunigungsprozesse hin, die mit dem Massenauswurf von thermonuklearen Explosionen in einer unerwarteten Klasse von galaktischen Gammastrahlenquellen verbunden sind.“
Während die NASA-Raumsonde Fermi damit beschäftigt war, eine Nova namens V959 Mon, etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt, zu beobachten, waren auch andere Radioteleskope damit beschäftigt, die Einfälle von Gammastrahlen aufzuzeichnen. Das Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) dokumentierte Radiowellen, die von der Nova kamen. Die Quelle dieser Emissionen könnten subatomare Partikel sein, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen und mit Magnetfeldern interagieren – eine Bedingung, die zur Erzeugung von Gammastrahlen erforderlich ist. Diese Ergebnisse wurden durch die extrem scharfe Radio-„Vision“ des Very Long Baseline Array (VLBA) und des europäischen VLBI-Netzwerks gestützt. Sie zeigten bei den Funkbeobachtungen zwei Knoten – Knoten, die sich voneinander wegbewegten. Weitere Studien wurden mit e-MERLIN in Großbritannien durchgeführt und eine weitere Runde von VLA-Beobachtungen im Jahr 2014. Jetzt könnten Astronomen beginnen, das Puzzle zu lösen, wie Radioknoten und Gammastrahlen erzeugt werden.
Laut der NRAO-Pressemitteilung geben der Weiße Zwerg und sein Begleiter einen Teil ihrer Orbitalenergie auf, um einen Teil des Explosionsmaterials zu verstärken, wodurch sich das ausgestoßene Material in der Ebene ihrer Umlaufbahn schneller nach außen bewegt. Später bläst der Weiße Zwerg einen schnelleren Wind von Partikeln ab, die sich hauptsächlich entlang der Pole der Orbitalebene nach außen bewegen. Wenn die sich schneller bewegende Polarströmung auf das sich langsamer bewegende Material trifft, beschleunigt der Stoß die Teilchen auf die Geschwindigkeiten, die zur Erzeugung der Gammastrahlen und der Radioemissionsknoten erforderlich sind.
„Indem wir dieses System im Laufe der Zeit beobachteten und sahen, wie sich das Muster der Radioemission veränderte, und dann die Bewegungen der Knoten verfolgten, sahen wir das genaue Verhalten, das von diesem Szenario erwartet wird“, sagte Chomiuk.

Eine Nova explodiert nicht wie eine expandierende Kugel, sondern schleudert Gas zu unterschiedlichen Zeiten und Geschwindigkeiten in verschiedene Richtungen. Wenn dieses Gas unweigerlich zusammenstößt, erzeugt es Stöße und hochenergetische Gammastrahlenphotonen. Die komplexen Explosionen und Gaskollisionen in Nova V959 Mon werden hier veranschaulicht. In den ersten Tagen der Nova-Explosion wird dichtes, sich relativ langsam bewegendes Material entlang des Äquators des Doppelsternsystems ausgestoßen (gelbes Material im linken Feld). In den nächsten Wochen nehmen schnelle Winde zu und werden vom Doppelstern geblasen, aber sie werden entlang der Pole des Doppelsternsystems geleitet (blaues Material in der Mitte). Das äquatoriale und polare Material prallt an ihrem Schnittpunkt zusammen und erzeugt Schocks und Gammastrahlenemission (rote Bereiche in der Mitte). Schließlich hört die Nova zu späteren Zeiten auf, Wind zu wehen, und das Material driftet in den Weltraum ab, das Feuerwerk ist beendet (rechtes Bild). KREDIT: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Aber die Beobachtungen von V959 Mon waren nicht das Ende der Geschichte. Laut Fermi-LAT-Aufzeichnungen wurden 2012 und 2013 drei Novae in Gammastrahlen entdeckt und standen im Gegensatz zur ersten durch Gammastrahlen entdeckten Nova V407 Cygni 2010, die zu einer seltenen Klasse symbiotischer Doppelsysteme gehört. Trotz wahrscheinlicher Unterschiede in der Zusammensetzung und Masse ihrer Weißen Zwerg-Vorläufer werden die drei klassischen Novae in ähnlicher Weise als transiente Gammastrahlenquellen mit weichem Spektrum charakterisiert, die über eine Dauer von 2-3 Wochen nachgewiesen werden.
„Dieser Mechanismus kann solchen Systemen gemeinsam sein. Der Grund, warum die Gammastrahlen zum ersten Mal in V959 Mon gesehen wurden, ist, dass es nahe ist“, sagte Chomiuk. Da die in V959 Mon beobachtete Art des Ausstoßes auch in anderen Doppelsternsystemen zu sehen ist, können die neuen Erkenntnisse Astronomen helfen zu verstehen, wie sich diese Systeme entwickeln. Diese Phase der „gemeinsamen Hülle“ tritt in allen nahen Doppelsternen auf und wird kaum verstanden. „Wir können Novae möglicherweise als ‚Testumgebung‘ nutzen, um unser Verständnis dieser kritischen Phase der binären Evolution zu verbessern“, erklärt Chomiuk.
Quelle der Originalgeschichte: Radioteleskope enthüllen das Mysterium der Nova-Gammastrahlen vom National Radio Astronomy Observatory. Chomiuk arbeitete mit einem internationalen Team von Astronomen zusammen. Über ihre Ergebnisse berichteten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature“.