Stellar Science

Sternverschmelzungen in Quadrupelsystemen könnten üblich sein, wie eine neue Studie zeigt.

Die Ansicht eines Künstlers zeigt die Entstehung eines vierfachen Sternensystems. K. Teramura / Universität von Hawaii, Manoa

Sternsysteme gibt es in vielen Konfigurationen. Einige sind einzeln wie unsere Sonne, aber viele andere haben einen oder mehrere Begleiter, die in einem komplexen Gravitationstanz umkreisen. In einer solchen Gesellschaft kann ein stellares Leben eine unerwartete Wendung nehmen.

Nehmen Sie ein kürzlich entdecktes Dreifachsystem mit der Bezeichnung TIC 470710327, in dem ein nahes Sternenpaar von einem dritten Stern umkreist wird. Der äußere Stern hat mehr Masse als die beiden inneren Sterne zusammen, was Theoretiker vor ein Problem stellt. Ein so massereicher Stern hätte vor den beiden anderen zu leuchten beginnen müssen, und seine intensive Strahlung hätte das Gas um ihn herum auseinandergeblasen – und verhindert, dass sich das weniger massereiche Paar bildet.

Ein Team von Astronomen fand eine originelle Lösung. Was wäre, wenn der massereiche äußere Stern früher aus zwei kleineren Sternen bestand, die kurz nach ihrer Entstehung verschmolzen? Das Szenario, das in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Vorabdruck hier verfügbar) veröffentlicht werden soll, erklärt nicht nur die Konfiguration dieses Tripletts, sondern zeigt auch die komplexen Wege zur Sternentstehung.

Drei Sterne oder vier?

Systeme aus drei oder mehr Sternen sind nicht leicht zu erkennen. Das System tarnte sich als bekanntes verdunkelndes Binärsystem, bis es vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA beobachtet wurde. Es bedurfte der genauen Messungen des Satelliten, um festzustellen, dass dort noch etwas anderes sein musste, das regelmäßig an den Sternen zog.

Die Wissenschaftler nutzten die TESS-Daten, ergänzt durch andere bodengestützte Beobachtungen, um die Eigenschaften des Systems zu enträtseln. Die Doppelsterne bestehen aus zwei Sternen, die sich mit einer Periode von etwa einem Tag umkreisen, und der Tertiärstern umkreist das Paar auf einer geneigten Umlaufbahn in etwa 52 Tagen. Die kombinierte Masse des Paares beträgt weniger als das 13-fache der Sonnenmasse, und die Masse des Tertiärs liegt zwischen 14 und 17 Sonnenmassen.

Schema des SternensystemsDiese schematische Ansicht des Dreifachsystems TIC 470710327 skizziert die Massen, Umlaufzeiten und Neigungen der Sterne. N. Eisner / Monatliche Mitteilungen für die Royal Astronomical Society

Diese Konfiguration ist unter den bekannten Dreifachsystemen einzigartig. „In den meisten Fällen hat das Tertiär eine vergleichbare Masse oder ist weniger massiv als das Binärsystem“, sagt Maxwell Moe (University of Arizona), der nicht an der Studie beteiligt war. Dieses Triplett stellt Formationsmodelle in Frage und verlangt nach einer einzigartigen Lösung.

In der neuen Studie nahmen die Wissenschaftler an, dass das System mit zwei Sternenpaaren begann. Das Orbitalverhalten isolierter Doppelsterne ist normalerweise vorhersehbar, aber fügen Sie der Mischung einen oder zwei weitere Sterne hinzu, und die Umlaufbahnen zeigen ein kompliziertes Verhalten. Periodische Änderungen in der Verlängerung und Neigung der Umlaufbahnen könnten die Sternentwicklung verändern und im extremsten Fall einige Familienmitglieder verschmelzen. Und das war das Szenario, nach dem die Autoren gesucht haben.

„Ähnliche Modelle wurden für Planeten und massearme Sterne vorgeschlagen, aber wir waren die ersten, die sie auf ein so massereiches System angewendet haben“, sagte Studienleiter Alejandro Vigna-Gómez (Universität Kopenhagen). Das Team simulierte viele Binärpaare, um zu zeigen, dass es unter bestimmten Bedingungen tatsächlich möglich ist, die massereichere Binärdatei zu verschmelzen und am Ende eine ähnliche Konfiguration wie die beobachtete zu erhalten.

So erkennen Sie eine Fusion

Die Autoren haben in ihren Modellen mit vier ausgewachsenen Sternen gearbeitet. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Verschmelzung sehr schnell erfolgen musste, was darauf hindeutet, dass sich die Sterne zum Zeitpunkt der Verschmelzung noch im Entwicklungsprozess befunden haben könnten, was die Ergebnisse leicht beeinflussen könnte.

Wissenschaftler stehen nun vor einer schwierigen Aufgabe: zu beweisen, dass das Tertiär tatsächlich ein verschmolzener Stern ist. Das Team schlägt vor, nach Anzeichen starker Magnetfelder zu suchen. Etwa 7 % der massereichen Sterne haben starke Oberflächenmagnetfelder, von denen einige glauben, dass sie durch frühere Sternverschmelzungen verstärkt wurden. Während Experten noch über den Zusammenhang zwischen Fusionen und Magnetfeldern diskutieren, schadet ein Blick nicht: Das Team führt bereits zusätzliche Beobachtungen des Systems durch.

Die Autoren machen eine andere Vorhersage: Das von ihnen beschriebene Szenario sollte zu einem Mangel an stark geneigten Tertiärsternen führen. Wenn Wissenschaftler weitere Tripletts entdecken, können sie die Vorhersagen des Modells möglicherweise aus statistischen Gründen bestätigen.


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