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Sternentwicklung: Erste Weiße Zwerge mit Sauerstoff-Atmosphäre entdeckt

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Astronomen konnten jetzt erstmals zwei Weiße Zwerge identifizieren, bei denen Sauerstoff überwiegt. Sie gelten dadurch als die bisher einzigen bekannten Vertreter, die nicht auf sonnenähnliche, sondern auf massereiche Sterne zurückgehen, und sind somit wichtige Testobjekte für die Theorie der Sternentwicklung. In allen zuvor untersuchten Exemplaren dominiert Kohlenstoff.

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SDSS 1102+2054 | Die spektroskopischen Daten im Sloan Digital Sky Survey von dem Objekt im Norden des Sternbilds Löwe zeigen, dass es sich dabei um eine seltene Art von Weißen Zwergen handelt. Diese geht auf die massereichsten Sterne zurück, die keine Supernova erleiden.
Sterne mit der sieben- bis zehnfachen Masse unserer Sonne beschließen ihre Existenz entweder als massereicher Weißer Zwerg oder als eine schwache Supernova vom Typ II. Für beides gab es bislang keine oder nur wenig Nachweise aus Beobachtungen. Boris Gänsicke von der University of Warwick und seine Kollegen suchten danach in Daten des Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Die fraglichen Zwerge müssten einen merklichen Anteil von Sauerstoff und Neon aufweisen, der durch Kernfusion im Innern des Vorgängersterns erzeugt wird. In masseärmeren Sonnen findet diese nur in geringerem Maße oder gar nicht statt.

Das Team um Gänsicke sortierte dazu automatisch zuerst die Kandidaten nach ihrer Farbe aus. Die mehr als 25 000 Treffer wurden dann auf das Vorhandensein von Spektrallinien des Sauerstoffs bei Wellenlängen von 616 und 778 Nanometern hin gescannt. Die resultierende Liste enthielt schließlich noch 1000 Einträge, die manuell geprüft wurden.

Alle bis auf zwei Objekte hatten jedoch eine so geringe Linienstärke, dass sie als nicht aussagekräftig verworfen wurden. Denn bei den meisten Weißen Zwergen wird der Kern aus schwereren Elementen von einer Schicht aus Wasserstoff oder Helium eingehüllt, die zwar nur eine geringe Masse aufweist, den Kern aber vor der direkten Einsicht wirkungsvoll abschirmt. Die verbliebenen beiden Exemplare, SDSS 0922+2928 und SDSS 1102+2054, zeigten nach eingehender Prüfung tatsächlich eine Häufigkeit von Sauerstoff, die die von Kohlenstoff übertrifft.

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Vergleich: Weißer Zwerg und Erde | Auch wenn die Durchmesser dieser beiden Himmelskörper fast gleich sind, hat der Weiße Zwerg doch eine Masse und damit auch eine Anziehungskraft, die 300 000-mal so groß ist wie die der Erde. Unser Planet würde deshalb sofort von Gezeitenkräften zerrissen, stünde er tatsächlich so nahe.
Bestehende Modelle der Sternentwicklung besagen, dass nur die massereichsten Sterne, die gerade noch einem unweigerlichen Schicksal als Supernova entgehen können, einen Zwerg mit diesem Elementverhältnis erzeugen können. Als Folge davon ist auch der Weiße Zwerg massereicher als der Durchschnitt. Aus den Analysen der Spektrallinien ermittelten die Astronomen für beide Exemplare 1,0 Sonnenmassen als wahrscheinlichsten Wert.

Die vorliegenden Weißen Zwerge können nun als Testobjekte gleich in mehrfacher Hinsicht dienen: An ihnen müssen die Astrophysiker die Theorien zum Massenverlust innerhalb der Spätphasen der Sternentwicklung überprüfen, die Produktionsraten der verschiedenen Kernreaktionen – insbesondere die mit Magnesium, das bei 0922+2928 und 1102+2054 nicht nachgewiesen werden konnte – sowie die Effektivität der Durchmischung der Elemente durch konvektive Strömungen im Kern der Sterne. (dre)
46. KW 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 46. KW 2009

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  • Quellen
Gaensicke, B. T. et al.: Two White Dwarfs With Oxygen-Rich Atmospheres. In: Science, 10.1126/science.1180228, 2009.

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