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Sterne: Weißer Zwerg ganz schwarz

Rote und Gelbe Riesen, Braune und Weiße Zwerge - der Sternenzoo des Universums hat einiges zu bieten. Und wie es scheint, ist dessen Artenvielfalt noch längst nicht erschöpft.
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Wissenschaftler ersinnen gerne Muster und Strukturen, in die sie ihre Forschungsobjekte einordnen können. Das geht den Physikern nicht anders als den Biologen oder Chemikern. Eine Paradebeispiel der Astronomie sind die Sterne: Anhand nur weniger Größen, wie etwa ihrer Oberflächentemperatur oder Helligkeit, lassen sie sich fast allesamt in verschiedene Klassen unterteilen.

Ihren Steckbrief senden uns die Sterne freundlicherweise mit Lichtgeschwindigkeit: Das Spektrum verrät nicht nur die Temperatur ihrer Hüllen, sondern auch noch die Häufigkeit der chemischen Elemente darin. Ist nun die Entfernung des Sterns bekannt, können die Astronomen auch noch seine Leuchtkraft bestimmen.

Besonders eindrucksvoll fällt die Illustration dieser Größen im so genannten Hertzsprung-Russell-Diagramm aus, in dem sich bei genügend Einträgen entlang einer Hauptreihe vereinzelt kleine Grüppchen bilden. Im Lauf seines Lebens bewegt sich ein Stern in diesem Schaubild hin und her. In welcher Weise er das tut, bestimmt hauptsächlich eine einzige Größe: seine anfängliche Masse.

Hertzsprung-Russell-DiagrammLaden...
Hertzsprung-Russell-Diagramm | Das Hertzsprung-Russell-Diagramm wurde 1913 von Henry Norris Russell entwickelt und stützt sich auf Arbeiten von Ejnar Hertzsprung. In ihm ist die absolute Helligkeit gegen den Spektraltyp beziehungsweise die Oberflächentemperatur aufgetragen. Neben der Hauptreihe (main sequence) sind hier Riesen (giants) und Weiße Zwerge (white dwarfs) eingezeichnet.
Massereiche Exemplare fristen ein vergleichsweise kurzes Leben, in dem sie schnell über die Hauptreihe düsen und umso später rechts abbiegen, je massereicher sie werden. Dort erwartet sie dann früher oder später ein Dasein als Neutronenstern oder Schwarzes Loch – eingeleitet durch eine kräftige Explosion. Gestirne, deren Masse anfangs maximal bei acht bis zehn Sonnenmassen liegt, verharren hingegen lange auf der Hauptreihe, biegen dann rechts ab, um sich zu einem Roten Riesen aufzublähen, und enden schließlich irgendwo unten links als Weißer Zwerg.

Weiß, weil er bei Oberflächentemperaturen von anfangs zwischen 10 000 und 100 000 Grad genau diese Farbe präsentiert – und Zwerg, da er nicht viel größer als die Erde ist, dabei aber immerhin gut eine Sonnenmasse in sich vereint. Der Theorie zufolge besitzen die kleinen Sterne einen Kern aus Sauerstoff und Kohlenstoff und schmücken sich mit einer Hülle, die entweder reich an Helium oder aber Wasserstoff ist.

Für letzteres entscheiden sich immerhin rund achtzig Prozent der Sternleichen. Umso mehr waren Patrick Dufour von der Universität von Arizona und sein Team verblüfft, als sie kürzlich zwischen zehntausend gewöhnlichen Weißen Zwergen einige Sonderlinge aufspürten. Ihr Spektrum ließ sich nicht mit den gewöhnlichen Modellen für diese Sterne in Einklang bringen.

Erst als die Wissenschaftler eine Atmosphäre aus reinem Kohlenstoff annahmen, fügten sich die gemessenen Daten passgenau in ihre Simulationen ein. Die weitere Analyse bestätige das Bild von nackten Zwergenkernen mit Oberflächentemperaturen zwischen 18 000 und 23 000 Grad. Auf der Suche nach Erklärungen stießen sie auf einen bislang einzigartigen Stern namens H1504+65, der bereits 1986 für Aufsehen gesorgt hatte.

Jenes Gestirn ist zwar viel heißer – etwa 200 000 Grad – könnte aber ein Vorläufer der gefundenen Exoten sein, vermuten Dufour und sein Kollegen. Irgendwie muss der Stern seine gesamte Wasserstoff-Hülle und nahezu alles an Helium abgestoßen haben, skizzieren die Forscher. Zurück blieb ein Kern, dessen äußerste Schicht halb aus Kohlenstoff und halb aus Sauerstoff besteht.

Kühlt der Stern auf die Temperaturen der just gefundenen Weißen Zwerge ab, sollte der Sauerstoff auf Grund der Gravitation abgesunken sein, und der leichtere Kohlenstoff hätte die Oberhand gewonnen. Damit hätten die schwarzen Schafe unter den Weißen Zwerge einen bislang unbekannten Fahrplan im Hertzsprung-Russell-Diagramm verfolgt.

Computersimulationen legen nahe, dass es sich einmal um Sterne handelte, die just zu massearm für den Supernova-Tod, aber eben doch zu schwer für das Ende als üblicher Weißer Zwerg waren. Auf etwa neun bis elf Sonnenmassen schätzen die Wissenschaftler diesen Grenzgänger, doch unglücklicherweise wissen sie selbst nicht einmal, wo genau die Grenze eigentlich liegt.

Deshalb wollen sie im Dezember dieses Jahres ihre Vermutung mit weiteren Beobachtungen bestätigen und so die Masse eingrenzen, bei der sich das Schicksal der Sterne so dramatisch verändert. Und dann könnten sie neu entdeckte Sterne endlich noch genauer in ihr sorgsam aufgebautes System einsortieren.

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