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Doppelsterne: Weißes Doppelsternsystem kreist rasend schnell

Die beiden Weißen Zwerge von HM Cancri
Das System HM Cancri in rund 16 000 Lichtjahren Entfernung besteht aus zwei Weißen Zwergen, die einander im Abstand von rund 100 000 Kilometern umkreisen. Sie rasen innerhalb von nur 5,4 Minuten einmal um den zwischen ihnen liegenden gemeinsamen Schwerpunkt.

Bereits im Jahr 1999 war HM Cancri als Röntgenquelle aufgefallen, die mit einer Periode von 5,4 Minuten in ihrer Leuchtkraft variierte. Lange Zeit war jedoch unklar, was für diese periodische Schwankung verantwortlich war. Schon früh kam die Vermutung auf, dass es sich dabei um die Rotationsperiode eines Doppelsternystems handeln könnte. Allerdings konnten sich die Astronomen ein so enges System nicht vorstellen.

Die beiden Weißen Zwerge von HM Cancri | In einem engen Tanz sind die beiden Weißen Zwerge des Systems HM Cancri gefangen (Computergrafik): Sie umkreisen einander in einem Abstand von nur 100 000 Kilometern in nur 5,4 Minuten. Von dem Weißen Zwerg im Vordergrund rechts strömt Materie auf den Partner über und reichert sich dort in einer Scheibe um den Äquator an. Von dort stürzt die Materie auf die Oberfläche des Partners und heizt sie in einem eng umgrenzten Bereich auf, so dass Röntgenstrahlung frei wird.
Ein Forscherteam um Gijs Roelofs am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, untersuchte nun mit einem der Keck-Teleskope auf Spektren des Systems und hielt dabei nach periodischen Verschiebungen von Spektrallinien durch den Dopplereffekt Ausschau. Bewegt sich einer der Weißen Zwerge während seines Umlaufs um den Schwerpunkt des Systems auf uns zu, so erscheinen seine Spektrallinien geringfügig ins Blaue verschoben. Entfernt er sich hingegen auf seinem Umlauf von uns, so verschieben sich seine Spektrallinien ins Rote.

Die Spektralunteruchungen zeigen, dass HM Cancri aus zwei wechselwirkenden Sternen besteht. In dem engräumigen System können dies nur nur zwei Weiße Zwerge sein – Sternen von etwa der Masse unserer Sonne und der Größe der Erde, die sich in einem Abstand von nur 100 000 Kilometer umkreisen können. Normale Sterne sind hierfür einfach zu groß und kämen wegen ihrer vergleichsweise kühlen Temperaturen auch nicht als Röntgenquelle in Betracht.

Von einem der Weißen Zwerge strömt heiße Materie zu seinem Nachbarn. Dort bildet sich eine Scheibe um den Äquator aus. Aus der Scheibe stürzt das Gas schließlich auf einen eng begrenzten Bereich der Oberfläche, wobei die Röntgenstrahlung entsteht. Durch die Rotation des Sternsystems zeigt dieser heiße Fleck mal zur Erde, zu anderen Zeiten nicht. So lässt sich die Periodizität der Röntgenstrahlung von HM Cancri erklären.

Die Zwergzwillinge im Sternbild Krebs müssen zunächst gewöhnliche Sterne in einem engen, aber durchaus normalen Doppelsternsystem gewesen sein. Im Verlauf ihrer Entwicklung müssen sie dann aber einander näher gerückt sein. Wie dieses Geschehen im Einzelnen ablief, ist auch den beteiligten Forschern noch unklar.

Da sich hier zwei kompakte Massen eng umkreisen, muss dieses System Gravitationswellen freisetzen und eine kräftige Quelle von Verzerrungen der Raumzeit sein. Über lange Sicht verlieren dabei die beiden Weißen Zwerge kinetische Energie und nähern sich immer mehr einander an, bis sie schließlich verschmelzen.

Überschreitet dabei ihre gemeinsame Masse eine kritische Grenze von etwa 1,5 Sonnenmassen, so kann ihre entartete Materie den enormen Druck- und Temperaturbedingungen nicht mehr standhalten. Schlagartig setzen im Inneren des verschmolzenen Weißen Zwergs Fusionsreaktionen ein und der Stern explodiert in einer gigantischen Supernova-Explosion. Dabei bleibt von ihm außer der Strahlung der Explosion nur noch eine expandierende Wolke aus heißen Gasen übrig. (ta)

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