Im Sternsystem ATLAS J1138-5139 geht es rasant zu: Zwei Weiße Zwerge umkreisen sich in nur 27,68 Minuten und bilden eines der kompaktesten bekannten Systeme dieser Art. Das macht es zu einem idealen Ziel für die Untersuchung von Gravitationswellen und Prozessen zum Massentransfer, wie ein Team um den Astronomen Jing-Qi Chen von den Yunnan Observatories an der Chinese Academy of Sciences nun in der Fachzeitschrift »Research in Astronomy and Astrophysics« berichtet. Mit dem Sternentwicklungscode MESA haben sie die zukünftige Entwicklung von ATLAS J1138-5139 unter die Lupe genommen – und rechnen mit einem explosiven Ende.

ATLAS J1138-5139 wurde bereits im Jahr 2024 entdeckt und befindet sich etwa 1800 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Zentaur (lateinisch: Centaurus). Beide Komponenten unterscheiden sich stark: Der eine Begleiter weist eine Masse von etwa 1,02 Sonnenmassen auf und enthält vor allem Sauerstoff und Kohlenstoff – ein Anzeichen dafür, dass der ursprüngliche Stern massereich genug war, um in seinem Kern Helium zu fusionieren. Sein Partner hat dagegen nur rund 0,24 Sonnenmassen und besteht vor allem aus Helium mit einer leichten Wasserstoffhülle. Mit einem Radius von etwa 9,4 Erdradien ist er wahrscheinlich deutlich größer als sein Partner, denn massereiche Weiße Zwerge sind paradoxerweise aufgrund ihrer stärkeren Gravitationswirkung tendenziell kleiner – üblicherweise in der Größenordnung der Erde.

Während des Umlaufs werden die beiden kompakten Masen beschleunigt, sodass das System kontinuierlich Gravitationswellen abstrahlt und Energie verliert Energie. Die Folge: Ihr Abstand verringert immer weiter. Die Simulationen legen nahe, dass der leichtere Weiße Zwerg dabei in einer ersten Phase sein Roche-Volumen (englisch: roche lobe) ausfüllen wird und somit wasserstoffreiches Material aus seiner Hülle an seinen massereicheren Partner verlieren wird (Akkretion). In einer zweiten Phase kommen sie sich so nahe, dass eine heliumdominierte Akkretionsphase eintritt. In etwa 6,3 Millionen Jahren, so prognostiziert das Team, verwandelt sich das Paar in ein AM-Canum-Venaticorum-System (AM CVn) – ein Stadium, in dem ein Weißer Zwerg kontinuierlich Helium von einem Begleiter akkretiert.

Schließlich sammelt sich während der AM-CVn-Phase auf der Oberfläche des massereicheren Weißen Zwergs eine Heliumschicht an. Sobald diese eine kritische Masse von etwa 0,12 Sonnenmassen erreicht, kommt es zu schlagartigen Fusionsprozessen, einer thermonuklearen Explosion. Diese erzeugt wiederum eine Schockwelle, die den Kern zur Detonation bringt. Infolgedessen wird ATLAS J1138-5139 letztlich als Supernova Typ Ia (SN Ia) aufleuchten – einem Ereignis, von dem direkte Nachweise über Gravitationswellen noch hartnäckig ausbleiben. Auch wenn die Supernova in allzu ferner Zukunft stattfinden wird, stellt das System eine wichtige Quelle für die Gravitationswellendetektion mit kommenden Detektoren wie dem geplanten Weltrauminterferometer LISA dar und sollte von diesen zuverlässig vermessen werden können. Die Frequenzen der emittierten Gravitationsquellen des Zwergenpaars sind zu niedrig, um sie mit bodengebundenen Laserinterferometern wie LIGO, Virgo und Kagra erfassen zu können.