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Gammaastronomie: Auch klassische Novae sind Gammastrahler

Mit dem Weltraumteleskop Fermi beobachtete Nova-Ausbrüche weisen bei unerwartet hohen Energien im Gammastrahlenbereich eine auffällige Ähnlichkeit zueinander auf. Das einheitliche Bild spricht dafür, klassische Novae zukünftig als eine eigenständige Klasse von Gammastrahlern zu deuten.
Klassische NovaLaden...

Nova-Ausbrüche werden als intensive, am Himmel auftretende Helligkeitsanstiege von Sternen beobachtet. Ihr Ursprung geht auf die Wechselwirkung von Partnern in weit entwickelten Doppelsternsystemen zurück. Eine der beiden Komponenten ist ein Weißer Zwerg, der Materie von seinem Begleiter aufsammelt. Nach der Akkretion wird diese beim Auftreffen auf seine Oberfläche schlagartig abgebremst. Dieser Vorgang setzt Energie frei und führt zu einem deutlichen Temperaturanstieg. Wird dabei die kritische Temperatur für das Wasserstoffbrennen erreicht, so setzt explosionsartig Kernfusion ein. Diese thermonuklearen Reaktionen breiten sich über die Oberfläche des Weißen Zwergs aus und sind für den Helligkeitsausbruch verantwortlich. Im zeitlichen Verlauf steigt dabei die Leuchtkraft bis zu einem Höchstwert an und klingt danach wieder ab. Im sichtbaren Licht wurde dieser Vorgang bisher vielfach beobachtet – doch wie erscheinen die Objekte in anderen Spektralbereichen?

Klassische NovaLaden...
Klassische Nova | Die Darstellung zeigt die Materieakkretion von einem Begleitstern auf einen Weißen Zwerg. Die dabei steigenden Temperaturen auf seiner Oberfläche führen zum Einsetzen von thermonuklearen Reaktionen. Als Folge davon stößt der Weiße Zwerg einen Teil seiner Hülle ab. Das Ereignis geht mit einem erheblichen Helligkeitsanstieg einher.

Das Teleskop Fermi-LAT befindet sich seit dem Jahr 2008 im Weltraum und sucht den Himmel nach Strahlungsquellen im Gammabereich bei Energien von bis zu 300 Milliarden Elektronvolt ab. Bereits im Jahr 2010 entdeckte es den Ausbruch der symbiotischen Nova V407 Cygni 2010. Dieser Nova-Typ bezeichnet Systeme, in denen der Begleiter des Weißen Zwergs ein Roter Riese ist. Die großen Partner weisen starke Sternwinde auf und geben dabei viel Masse an ihre Umgebung ab. Während eines Nova-Ausbruchs trifft das vom Weißen Zwerg mit hohen Geschwindigkeiten freigesetzte Material auf diese dichten Materieansammlungen, was Abbremsungen und Verwirbelungen zur Folge hat. Forscher erwarten, dass in diesen expandierenden Druckwellen Energie in Form von extrem kurzwelligen Gammaphotonen abgestrahlt wird.

Bei klassischen Novae waren sich die Astronomen bisher aber unschlüssig darüber, ob auch die dortigen Prozesse in der Lage sind, solch hohe Energien umzusetzen. Der Begleiter in diesen Systemen ist für gewöhnlich ein massearmer Hauptreihenstern, und das während der Nova-Explosion abgestoßene Hüllenmaterial verlässt zügig den Kernbereich des Doppelsternsystems. In den weniger dichten Umgebungen werden die auftretenden, Strahlung erzeugenden Teilchenbeschleunigungen auf Stoßfronten im interstellaren Medium zurückgeführt oder durch innere Turbulenzen im ausgestoßenen Material erklärt.

Nun konnten Forscher in einer großen Kollaboration anhand von Beobachtungen mit Fermi-LAT zeigen, dass auch dieser klassische Nova-Typ eine eigenständige Klasse von Gammastrahlenquellen bei hohen Energien bildet. In den Jahren 2012 und 2013 entdeckte das Teleskop drei klassische Novae mit unerwartet hohen Leuchtkräften im hochenergetischen Gammabereich. Ihre Lichtkurven sind sich sehr ähnlich: Die Ereignisse dauerten rund zwei bis drei Wochen an, und ihre sich über zwei bis drei Tage hinziehenden Helligkeitsmaxima erreichten die Novae innerhalb weniger Tage nach der Entdeckung. Die Ähnlichkeit der Spektren führen die Forscher auf die physikalischen Mechanismen zurück, die für die Entstehung der Strahlung verantwortlich sein könnten. Hier kommen Kollisionen von Atomkernen mit auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigten Protonen, Streuprozesse von Photonen mit energiereichen Elektronen oder erzeugte Bremsstrahlung in Frage. Die geladenen Teilchen erreichen ihre hohen Geschwindigkeiten durch die Wechselwirkung von Magnetfeldern mit den Materieströmen.

Die Astronomen schätzen, dass jährlich mit 20 bis 50 Novae in der Milchstraße zu rechnen sei. Rund eine pro Jahr sollte sich in der näheren Umgebung von weniger als 16 000 Lichtjahren befinden, so dass sie mit dem Teleskop entdeckt werden kann. Solche zukünftigen Beobachtungen dieser neuen Klasse von Gammaquellen werden helfen, die hochenergetischen, Teilchen beschleunigenden Prozesse während der Nova-Ausbrüche besser zu verstehen.

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  • Quellen
The Fermi-LAT Collaboration, Nature, Volume 345, Issue 6196, 2014

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