Internationales Forscherteam unter Tübinger Leitung entdeckt ungewöhnliches Doppelsternpaar

Weißer Zwerg hat einen kühlen Begleiter

Einem internationalen Forscherteam unter Leitung von Dr. Thorsten Nagel vom Institut für Astronomie und Astrophysik gelang der Nachweis eines ungewöhnlichen engen Doppelsternsystems. Es besteht aus einem ausgebrannten Weißen Zwerg mit seltener chemischer Zusammensetzung und einem massearmen Stern.

Gemeinsam mit Kollegen der Universität Göttingen beobachteten die Tübinger Astrophysiker das Doppelsternsystem mit dem Namen SDSSJ212531.92-010745.9 im Herbst letzten Jahres und maßen dabei die Schwankung seiner Helligkeit. Zum Einsatz kamen hierbei die hochmodernen Spiegelteleskope der Universitäten Tübingen und Göttingen.

Der ausgebrannte Weiße Zwerg ist ein sogenannter PG1159 Stern. Dieser heiße Stern mit Oberflächentemperaturen zwischen 75000°C und 200000°C zeichnet sich durch eine äußerst ungewöhnliche chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre aus. Im Gegensatz zu den meisten Sternen ist diese nahezu frei von Wasserstoff und wird stattdessen von Helium, Kohlenstoff und Sauerstoff dominiert. Das besondere an einem Weißen Zwerg ist, dass dieser kurz vor dem Verglühen ein letztes Mal seine Kernfusionsenergiequelle zündet, um erneut zu einem so genannten Roten Riesen zu werden und am Ende als Weißer Zwerg zu verglühen. Ein PG1159 Stern befindet sich in der Übergangsphase vom wiedergeborenen Roten Riesen hin zum Weißen Zwerg. Zurzeit sind nur 40 derartige Sterne bekannt.

Da das Spektrum des untersuchten Weißen Zwergs nicht nur die für PG1159 Sterne typischen Absorptionslinien des Kohlenstoffs zeigt, sondern zusätzlich Emissionslinien des Wasserstoffs, hatte das Forscherteam bald die Vermutung, dass das Licht des PG1159 Sterns vom Licht eines weiteren Objektes überlagert wird. Daher führten die Tübinger und Göttinger Astrophysiker eine Beobachtungskampagne mit ihren eigenen Teleskopen durch und bestimmten die Helligkeit des Objektes. Sie fanden eine regelmäßige Helligkeitsvariation von etwa 25% mit einer Periode von knapp 7 Stunden. Weitergehende Analysen zeigten, dass es sich bei der beobachteten Periode nur um die Bahnperiode (Umlaufdauer) eines Doppelsternpaares handeln konnte.

Das entdeckte Doppelsternsystem besteht aus einem etwa 90000°C heißen, etwa 0,6 Sonnenmassen schweren PG1159 Stern und einem 3000°C kühlen, etwa 0,4 Sonnenmassen schweren Begleiter. Die Oberfläche des Begleitsterns wird infolge der intensiven Bestrahlung durch den PG1159 Stern auf etwa 8200°C aufgeheizt, aus seiner Atmosphäre stammt das beobachtete Emissionslinienspektrum des Wasserstoffs. Der Abstand der beiden Sterne voneinander ist so klein (etwa 1,4 Millionen Kilometer), dass das gesamte System beinahe in unserer Sonne Platz hätte. Aufgrund dieser extrem geringen Distanz spricht man von einem engen Doppelsternsystem, und in der Gruppe der PG1159 Sterne ist es das erste überhaupt gefundene.

Die Entdeckung dieses Doppelsternsystems eröffnet den Forschern die Möglichkeit, die Massen der beiden Sterne direkt zu bestimmen. Dies erlaubt es, bestehende Theorien über die Sternentwicklung zu überprüfen und zwischen verschiedenen Hypothesen zu unterscheiden. Dafür muss das Spektrum des Sterns über eine Umlaufperiode hinweg beobachtet werden. Die geringe Helligkeit des Objekts erfordert hierzu jedoch die Sehkraft eines der großen 8m Teleskope der europäischen Südsternwarte in Chile.

Zu klären bleibt allerdings die Frage nach der Entstehung dieses Doppelsternsystems. Vor astronomisch gesehen nicht allzu langer Zeit, wenige hunderttausend Jahre, befand sich der jetzige PG1159 Stern in seiner Rote-Riese-Phase und hatte einen Durchmesser von einigen hundert Sonnenradien. Sein Begleitstern lief damals womöglich fast innerhalb seiner Atmosphäre um, wurde dabei stark abgebremst und näherte sich so bis auf einen Abstand von knapp zwei Sonnenradien, der heutigen Entfernung, an. Wie diese Entwicklung aber im Detail ablief, und wie der Begleitstern dies überlebt haben kann, ist durch weitergehende Untersuchungen des Objektes noch zu erforschen.

Die wissenschaftliche Arbeit zu den Forschungsergebnissen wurde im März 2006 in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ (Vol. 448, Letter 25) veröffentlicht.

Kontakt und nähere Informationen:
Dr. Thorsten Nagel
Institut für Astronomie und Astrophysik
Sand 1
Universität Tübingen
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