Forscher schlagen neues Entstehungsmodell für massive heiße Unterzwerge vor

In einer neuen Studie veröffentlicht im Das Astrophysikalische JournalDr. Li Zhenwei und seine Mitarbeiter von den Yunnan-Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) sowie Dr. Zhang Yangyang von der Zhoukou Normal University schlugen ein neues Entstehungsmodell für massive heiße Unterzwerge vor und lieferten Erklärungen für eine Untergruppe von Helium- reiche heiße Unterzwerge, die im Kosmos beobachtet werden.

Heiße Unterzwerge sind eine Art extremer horizontaler Aststerne. Einige dieser Sterne, die in nahen Doppelsternen entdeckt wurden, gelten als potenzielle Gravitationswellenquellen (GW) für zukünftige weltraumgestützte GW-Detektoren. Die charakteristischen chemischen Besonderheiten, insbesondere die Helium (He)-Häufigkeit auf ihren Oberflächen, dienen als wertvolle Werkzeuge zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung dieser Himmelskörper.

Heiße Unterzwerge entstehen im Allgemeinen durch binäre Wechselwirkungen mit der Zündung des He-Kerns, wenn der Donor nahe der Spitze des Roten Riesenzweigs (RGB) einen Massentransfer initiiert. Dieses Szenario wird als RGB-Kanal bezeichnet. Allerdings steht die jüngste Entdeckung des Sterns SMSS J1920, des dritten bekannten Doppelsterns bestehend aus einem heißen Subdwaf-Stern und einem akkretierenden Weißen Zwerg, im Widerspruch zum RGB-Kanal.

Die starken Ca-H- und K-Linien mit einer Blauverschiebung legen nahe, dass das Doppelsternsystem wahrscheinlich aus der jüngsten Auswurfphase der gemeinsamen Hülle stammt (ein Auswurfalter von etwa 10.000 Jahren). Im Gegensatz dazu beträgt bei heißen Unterzwergen, die aus dem RGB-Kanal erzeugt werden, die Zeit seit dem gemeinsamen Ausstoßen der Hülle in den aktuellen Zustand mehrere zehn Millionen Jahre.

Um die Entstehung von SMSS J1920 zu erklären, schlugen Forscher einen neuen Weg zu heißen Unterzwergen vor. Hierbei handelt es sich um einen heißen Unterzwerg, der durch den gemeinsamen Hüllenauswurfprozess mit einem asymptotischen Riesenzweig (AGB)-Stern entsteht, der als AGB-Kanal bezeichnet wird. Im Gegensatz zum heißen Unterzwerg eines RGB-Sterns enthält ein heißer Unterzwerg eines AGB-Sterns einen großen Kern aus Kohlenstoff und Sauerstoff (CO), heliumverbrennende Hüllen und eine Wasserstoffhülle.

Unter Verwendung modernster Sternentwicklungscodes konstruierten die Forscher die Evolutionsmodelle der heißen Unterzwerge aus dem AGB-Kanal. Die simulierten Ergebnisse können die meisten wichtigen beobachteten Parameter von SMSS J1920 erklären, wie etwa das Evolutionsalter, die Masse heißer Unterzwerge, die effektive Temperatur und die Oberflächengravitation.

Der AGB-Kanal kann nicht nur SMSS J1920, sondern auch einige beobachtete spezielle heiße Unterzwerge erklären. Der AGB-Kanal könnte heiße Unterzwerge mit Massen von mehr als dem 0,48-fachen der Sonnenmasse erzeugen. Im RGB-Kanal hatten die meisten heißen Unterzwerge jedoch Massen von weniger als dem 0,48-fachen der Sonnenmasse. Dies deutete darauf hin, dass ein Teil der massiven heißen Unterzwerge aus dem AGB-Kanal stammen könnte.

Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass heiße Unterzwerge aus dem AGB-Kanal im Allgemeinen eine hohe Häufigkeit von Helium (He) aufweisen, was auf eine teilweise Wasserstoffverbrennung in der Hülle zurückzuführen ist. Daher können die heißen Unterzwerge aus dem AGB-Kanal auf natürliche Weise einen Teil der im Kosmos beobachteten He-reichen heißen Unterzwerge erklären.