Monsterwellen, so hoch wie drei Sonnen, krachen auf einen kolossalen Stern

Ein extremes Sternensystem verleiht dem Ausdruck „Surf ist oben“ eine neue Bedeutung.

Das Sternensystem faszinierte die Forscher, weil es der dramatischste „Herzschlagstern“ aller Zeiten ist. Jetzt haben neue Modelle ergeben, dass durch Gezeiten erzeugte Titanenwellen wiederholt an einem der Sterne im System brechen – das erste Mal, dass dieses Phänomen jemals bei einem Stern beobachtet wurde.

Herzschlagsterne sind Sterne in engen Paaren, deren Helligkeit periodisch pulsiert, ähnlich dem Rhythmus eines schlagenden Herzens auf einem EKG-Gerät. Die Sterne in Herzschlagsystemen durchlaufen längliche ovale Umlaufbahnen. Immer wenn sie nahe beieinander schwingen, erzeugt die Schwerkraft der Sterne Gezeiten – genau wie der Mond auf der Erde Meeresgezeiten erzeugt. Die Gezeiten dehnen und verzerren die Formen der Sterne und verändern die Menge des von ihnen ausgehenden Sternenlichts, da ihre breiten und schmalen Seiten abwechselnd der Erde zugewandt sind.

Eine neue Studie erklärt, warum die Helligkeitsschwankungen eines besonders extremen Heartbeat-Sternsystems etwa 200-mal größer sind als bei typischen Heartbeat-Sternen. Die Ursache: gigantische Wellen, die über den größeren Stern rollen und aufgewirbelt werden, wenn sein kleinerer Begleitstern regelmäßig nahe vorbeifliegt. Diese Flutwellen erreichen so gewaltige Höhen und hohe Geschwindigkeiten, so die Studie, dass die Wellen – ähnlich wie Meereswellen – brechen und auf die Oberfläche des großen Sterns herabstürzen.

Das von Astronomen als „Herzschmerzstern“ bezeichnete System bietet einen beispiellosen Einblick in die Wechselwirkung massereicher Sterne.

„Jeder Zusammenstoß der gewaltigen Flutwellen des Sterns setzt genug Energie frei, um unseren gesamten Planeten mehrere Hundert Mal zu zerstören“, sagt Morgan MacLeod, Postdoktorand für Theoretische Astrophysik am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) und Autor einer neuen Studie, veröffentlicht in Naturastronomie Berichterstattung über die Ergebnisse. „Das sind wirklich große Wellen.“

Und doch, so Professor Abraham (Avi) Loeb, MacLeods Berater, Direktor des Instituts für Theorie und Informatik am CfA und anderer Autor des Artikels, „sind brechende Wellen in Sternen genauso schön wie die an den Stränden unserer Ozeane.“

Heartbeat-Sterne wurden zum ersten Mal gesehen, als das Exoplaneten-Jagd-Weltraumteleskop Kepler der NASA ihre verräterischen, normalerweise subtilen Pulsationen der Sternhelligkeit aufspürte.

Der Star mit extremem Herzschmerz ist jedoch alles andere als subtil. Der größere Stern im System hat fast die 35-fache Masse der Sonne und trägt zusammen mit seinem kleineren Begleitstern offiziell die Bezeichnung MACHO 80.7443.1718 – nicht wegen der stellaren Stärke, sondern weil die Helligkeitsänderungen des Systems erstmals von der Sonne aufgezeichnet wurden MACHO-Projekt in den 1990er Jahren, das nach Anzeichen dunkler Materie in unserer Galaxie suchte.

Bei den meisten Herzschlagsternen variiert die Helligkeit nur um etwa 0,1 %, aber MACHO 80.7443.1718 fiel den Astronomen aufgrund seiner beispiellos dramatischen Helligkeitsschwankungen von 20 % auf und ab auf. „Wir kennen keinen anderen Herzschlagstern, der so stark variiert“, sagt MacLeod.

Um das Rätsel zu lösen, erstellte MacLeod ein Computermodell von MACHO 80.7443.1718. Sein Modell erfasste, wie die interagierende Schwerkraft der beiden Sterne massive Gezeiten im größeren Stern erzeugt. Die resultierenden Flutwellen erreichen etwa ein Fünftel des Radius des Riesensterns, was Wellen entspricht, die etwa so hoch sind wie drei übereinander gestapelte Sonnen oder etwa 2,7 Millionen Meilen hoch.

Die Simulationen zeigen, dass die massiven Wellen zunächst als sanfte und organisierte Wellen auftauchen, genau wie Meereswasserwellen, bevor sie sich zusammenrollen und brechen. Wie Strandbesucher wissen, schleudern kraftvoll tosende Meereswellen Gischt und Blasen hervor und hinterlassen „eine große schaumige Masse“, wo einst eine glatte Welle war, sagt MacLeod.

Die enorme Energiefreisetzung der krachenden Wellen auf MACHO 80.7443.1718 hat zwei Auswirkungen, wie MacLeods Modell zeigt. Es dreht die Sternoberfläche immer schneller und schleudert Sterngas nach außen, um eine rotierende und leuchtende Sternatmosphäre zu bilden.

Ungefähr einmal im Monat passieren die beiden Sterne einander und eine neue Monsterwelle rollt über die Oberfläche des herzzerreißenden Sterns. Insgesamt hat diese Aufregung dazu geführt, dass sich der große Stern in MACHO 80.7443.1718 an seinem Äquator um etwa 50 % stärker ausbeult als an seinen Polen. Und mit jeder neuen vorbeiziehenden Welle wird mehr Material nach außen geschleudert, so als ob „eine sich drehende Pizzakruste Käse- und Soßenstücke abschleudert“, sagt MacLeod. Das charakteristische Leuchten dieser Atmosphäre war laut MacLeod einer der wichtigsten Hinweise darauf, dass sich Wellen auf der Sternoberfläche brachen.

So beispiellos MACHO 80.7443.1718 auch ist, es ist unwahrscheinlich, dass es einzigartig ist. Von den fast 1.000 bisher entdeckten Herzschlagsternen weisen etwa 20 große Helligkeitsschwankungen auf, die denen des von MacLeod und Loeb simulierten Systems nahekommen. „Dieser herzzerreißende Stern könnte einfach der erste einer wachsenden Klasse astronomischer Objekte sein“, sagt MacLeod. „Wir planen bereits eine Suche nach weiteren herzzerreißenden Sternen und suchen nach den leuchtenden Atmosphären, die von ihren brechenden Wellen weggeschleudert werden.“

Alles in allem sagt MacLeod, wir seien glücklich, den Stern in dieser Phase erwischt zu haben: „Wir erleben einen kurzen und transformativen Moment in einem langen Sternleben.“ Und indem sie beobachten, wie die kolossale Brandung über eine Sternoberfläche rollt, hoffen Astronomen, ein Verständnis dafür zu gewinnen, wie enge Wechselwirkungen die Entwicklung von Sternpaaren beeinflussen.