Lernen Sie den Trick, kannibalisierte Sterne zu finden

Wissenschaftler, die mit den leistungsstarken Teleskopen des Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array des US-Bundesstaates Georgia arbeiten, haben eine Untersuchung einer Gruppe von Sternen durchgeführt, von denen vermutet wird, dass sie den größten Teil des Gases von umlaufenden Begleitsternen verschlungen haben. Diese empfindlichen Messungen haben das schwache Leuchten der ausgeschlachteten Sterne direkt nachgewiesen.

Die neue Forschung unter der Leitung von Postdoktorand Robert Klement ist veröffentlicht In Das Astrophysikalische Journal. Die Arbeit identifiziert neue Umlaufbahnen abgestreifter Zwergsterne, die schnell rotierende massereiche Sterne umkreisen, und führt zu einem neuen Verständnis der Lebensbahn naher Doppelsterne.

In Zusammenarbeit mit Kollegen am CHARA Array in Mount Wilson, Kalifornien, richtete Klement die Hochleistungsteleskope auf eine Ansammlung relativ nahegelegener Sterne der B-Emissionslinie, kurz „Be-Sterne“. Hierbei handelt es sich um schnell rotierende Sterne, von denen man annimmt, dass sie ungewöhnliche Begleiter auf ihrer Umlaufbahn beherbergen.

Die Be-Sterne entstehen wahrscheinlich in intensiven Wechselwirkungen zwischen nahen Sternpaaren. Astronomen stellen fest, dass viele Sterne in solchen Paaren auftreten, ein Trend, der insbesondere bei Sternen zutrifft, die massereicher sind als unsere Sonne. Paaren mit kleinen Trennungen steht ein turbulentes Schicksal bevor, da sie mit zunehmendem Alter an Größe zunehmen und eine Dimension erreichen können, die der ihrer Trennung ähnelt.

Wenn dies geschieht, kann Gas des wachsenden Sterns die Lücke zwischen dem Paar überwinden, so dass der Begleiter sich an dem übertragenen Gasstrom erfreuen kann. Dieser Kannibalisierungsprozess wird dem Massenspenderstern schließlich fast sein gesamtes Gas entziehen und den winzigen heißen Kern seines ehemaligen nuklearen brennenden Zentrums zurücklassen.

Astronomen sagten voraus, dass der Massentransferstrom dazu führt, dass sich der Begleitstern dreht und zu einem sehr schnellen Rotator wird. Einige der am schnellsten rotierenden Sterne werden als Be-Sterne gefunden. Be-Sterne rotieren so schnell, dass ein Teil ihres Gases aus ihrer Äquatorzone geschleudert wird und einen umlaufenden Gasring bildet.

Dieses vorhergesagte Stadium im Leben enger Doppelsternpaare ist den Astronomen bislang entgangen, weil die Abstände der Sterne zu klein sind, um mit herkömmlichen Teleskopen gesehen zu werden, und weil die entblößten Sternkörper im grellen Licht ihrer hellen Begleiter verborgen sind. Die CHARA-Array-Teleskope des US-Bundesstaates Georgia boten den Forschern jedoch die Möglichkeit, die entkleideten Sterne zu finden.

Das CHARA Array nutzt sechs über den Gipfel des Mount Wilson verteilte Teleskope, die wie ein riesiges Einzelteleskop mit einem Durchmesser von 330 Metern wirken. Dies gibt Astronomen die Möglichkeit, das Licht von Sternpaaren auch bei sehr kleinen Winkelversätzen zu trennen. Klement verwendete auch die Kameras MIRC-X und MYSTIC, die an der University of Michigan und der Exeter University im Vereinigten Königreich gebaut wurden und die das Lichtsignal sowohl von sehr hellen als auch von sehr schwachen Objekten nahe beieinander aufzeichnen können.

Die Forscher wollten herausfinden, ob die Be-Sterne durch Massentransfer und umkreisende Wirtssterne in Rotation versetzt wurden. Klement begann ein zweijähriges Beobachtungsprogramm bei CHARA, und seine Arbeit zahlte sich schnell aus. Er entdeckte das schwache Licht entblößter Begleiter in neun von 37 Be-Sternen. Er konzentrierte sich auf sieben dieser Ziele und konnte die Umlaufbewegung der Sternleiche um den Be-Stern verfolgen.

„Die Umlaufbahnen sind wichtig, weil sie es uns ermöglichen, die Massen von Sternpaaren zu bestimmen“, sagte Klement. „Unsere Massenmessungen deuten darauf hin, dass entkleidete Sterne fast alles verloren haben. Im Fall des Sterns HR2142 ist der entkleidete Stern wahrscheinlich von der zehnfachen Sonnenmasse auf etwa eine Sonnenmasse abgesunken.“

Nicht um jeden Be-Stern herum wurden entkleidete Sterne entdeckt, und Forscher gehen davon aus, dass sich die Leiche in einigen dieser Fälle in einen winzigen weißen Zwergstern verwandelt hat, der selbst mit dem CHARA-Array zu schwach ist, um entdeckt zu werden. In anderen Fällen kann es sein, dass die Wechselwirkung so intensiv war, dass die Sterne zu einem schnell rotierenden Stern verschmolzen.

Mit dem Very Large Telescope Interferometer der Europäischen Südsternwarte in Chile weitet Klement nun die Suche nach umlaufenden Sternen auf Be-Sterne am Südhimmel aus.

Er arbeitet außerdem mit Luqian Wang an den Yunnan-Observatorien in China an der Forschung mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA, um das schwache Licht der entkleideten Begleiter aufzuspüren. Da diese Leichen heiß sind, sind sie im ultravioletten Wellenlängenbereich, der nur mit dem Hubble-Weltraumteleskop beobachtet werden kann, relativ heller.

„Diese Untersuchung von Be-Sternen – und die Entdeckung von neun schwachen Begleitsternen – demonstriert wirklich die Leistungsfähigkeit von CHARA“, sagte Alison Peck, Programmdirektorin in der Astronomical Sciences Division der National Science Foundation, die das CHARA Array unterstützt. „Die außergewöhnliche Winkelauflösung und der hohe Dynamikbereich des Arrays ermöglichen es uns, Fragen zur Sternentstehung und -entwicklung zu beantworten, die bisher noch nie beantwortet werden konnten.“

Douglas Gies, Direktor des CHARA Array, sagte, die Forschung habe endlich einen wichtigen verborgenen Abschnitt im Leben naher Sternpaare aufgedeckt.

„Die CHARA-Array-Untersuchung der Be-Sterne hat direkt ergeben, dass diese Sterne durch eine umfassende Transformation durch Massentransfer entstanden sind“, sagte Gies. „Wir sehen jetzt zum ersten Mal das Ergebnis des Sternfests, das zu den entblößten Sternen führte.“