Stellar Science

Astronomen haben den Röntgenblitz entdeckt, der einer Nova vorausgeht. Das kurze Aufflackern ist das erste Anzeichen dafür, dass ein Weißer Zwerg in einen Kernfusions-Feuerball ausbricht.

Aus der Sicht dieses Künstlers entzieht ein Weißer Zwerg (links) seinem Begleitstern Gas. Das Material wirbelt nach unten zur Oberfläche des Zwergs, wo es komprimiert wird und sich schließlich in einer thermonuklearen Explosion entzündet. ESO / M. Kornmesser

Zum ersten Mal haben Astronomen den Röntgenblitz entdeckt, der ausgesendet wurde, als die gesamte Oberfläche eines fernen stellaren Überrests in einem kolossalen Feuerball entzündete. Die Beobachtung, über die in der Ausgabe von Nature vom 12. Mai berichtet wurde, fügt das letzte fehlende Teil zum Puzzle der zur Nova gewordenen Weißen Zwerge hinzu.

Ein neuer Stern

Am 15. Juli 2020 bemerkte der Astronom Robert McNaught von seinem Observatorium in Australien aus einen neuen Stern am Himmel. Die Nova, genannt YZ Reticuli, wurde schließlich tausendfach heller auf eine Stärke von 3,7, wodurch sie einige Wochen lang mit bloßem Auge deutlich sichtbar war, bevor sie wieder in Vergessenheit geriet.

Weitere Beobachtungen zeigten, dass es sich bei dem System um eine klassische Nova handelt, die aus einem normalen Wasserstoff-fusionierenden Stern und einem Weißen Zwerg besteht – einem winzigen Schwergewicht, das die Masse einer Sonne in den Raum einer Erde packt. Die beiden peitschen alle drei Stunden umeinander, ihre Umlaufbahn ist so eng, dass der Weiße Zwerg die äußeren Schichten seines stellaren Begleiters stiehlt. Gas staut sich auf der Oberfläche des Weißen Zwergs, bis es sich auf einmal entzündet: Die gesamte Oberflächenschicht aus Wasserstoff geht in einer außer Kontrolle geratenen thermonuklearen Reaktion in Flammen auf.

Die Oberflächenfusion erzeugte das sichtbare Licht, das Astronomen als zweithellste Nova des Jahrzehnts beobachteten. Aber noch bevor das sichtbare Licht aufblitzte, sendete die Feuersbrunst einen kurzen Röntgenblitz aus. Von der Theorie vorhergesagt, war ein solcher Blitz nie aufgezeichnet worden.

Aber in diesem Fall fotografierte das Weltraumteleskop eROSITA zufällig genau zum richtigen Zeitpunkt in die richtige Richtung, um 35,8 Sekunden der Flare einzufangen. (Das Teleskop, das vier seiner acht geplanten Himmelsdurchmusterungen abgeschlossen hat, befindet sich seit dem 26. Februar im abgesicherten Modus – eine Folge der russischen Invasion in der Ukraine.)

Die sieben Spiegelmodule von EROSITADie sieben Spiegelmodule von EROSITA im DisplayS. Friedrich / MPE

Ole König (Friedrich-Alexander-Universität, Deutschland) und sein Team erkannten die „jetzt-sieht-man-es-jetzt-nicht“-Röntgenquelle als das, was sie war: der Brandblitz eines Weißen Zwergs, der in eine Nova übergeht.

„So etwas wurde noch nie zuvor bei einer Nova oder einer katastrophalen Variablen gesehen“, sagt Bradley Schaefer (Louisiana State University), der nicht an der Studie beteiligt war.

Die Physik eines Feuerballs

Aus den Röntgendaten kann Königs Team ein physisches Bild der Explosion zeichnen, die 8.250 Lichtjahre entfernt stattfand.

Der Druck stieg, als Gas aus dem Begleitstern abgezogen wurde und sich oben auf dem Weißen Zwerg ansammelte. Der damit einhergehende Temperaturanstieg (bis zu 330.000 K oder 590.000 °F, etwa die Temperatur im Zentrum einer Atombombe) löste eine oberflächenweite Fusion aus. Aber die Fusion hat nichts dazu beigetragen, den Druck zu verringern – die einzige Möglichkeit, den Druck abzubauen, bestand darin, dass der Weiße Zwerg seinen Deckel sprengte.

Der Feuerball dehnte sich aus und wurde schnell viel größer als der Weiße Zwerg selbst. Die Schicht aus schmelzendem Wasserstoff war bereits auf mehr als das Fünffache des Erdumfangs angewachsen, als eROSITA sie beobachtete.

„Das ist wirklich eine sehr, sehr dynamische Situation“, sagt König. Er erklärt, dass sich der Feuerball zunächst mit mehreren tausend Kilometern pro Sekunde ausdehnen könnte, was Millionen von Meilen pro Stunde entspricht. „Dass wir das Ereignis erwischt haben, als es noch so nah am Weißen Zwerg war, war ein ziemliches Glück.“

Die Entdeckung des Röntgenblitzes bestätigt seit langem etablierte Vorhersagen darüber, was als Novae-Brand auftritt. Als solches markiert es das letzte fehlende Teil des Nova-Puzzles, da Astronomen bereits jede zweite Phase von Nova-Explosionen beobachtet haben.

Was genau die Implikationen für unser Verständnis von Weißen Zwergen und ihren explosiven Novae sind, bleibt abzuwarten. „Die Entdeckung eines eindeutigen und eindrucksvollen neuen Phänomens ist immer aufregend“, sagt Schaefer.

„Das ist ein spektakuläres Ergebnis!“ stimmt Simone Scaringi (Durham University, UK) zu, die ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war. „Es validiert nicht nur das Feuerballmodell, es zeigt auch die Leistungsfähigkeit von Röntgenuntersuchungen wie eROSITA, wenn es darum geht, so schnelle Ereignisse in Aktion zu erfassen. Die Erkennung des Röntgenblitzes wird eindeutig dazu beitragen, die physikalischen Modelle zu testen und zu verfeinern, die zu thermonuklearen Explosionen führen.“


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