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Der seltsame Weiße Zwerg hat zwei Gesichter

K. Miller, Caltech/IPAC

Eine Abbildung zeigt einen weißen Zwergstern, blau schattiert. Einst starb der Stern wie unsere Sonne und hat nun eine ungewöhnliche Atmosphäre voller Helium auf der einen Seite und Wasserstoff auf der viel helleren Seite.

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Astronomen haben eine einzigartige Entdeckung gemacht – einen Weißen Zwergstern mit zwei völlig unterschiedlichen Gesichtern.

Weiße Zwerge sind die Überreste toter, verbrannter Sterne. Unsere Sonne wird zu einem Weißen Zwerg um uns herum 5 Milliarden Jahre Nachdem er zu einem Roten Riesenstern angeschwollen ist, bläst er seine äußere Materie aus und schrumpft, wobei nur noch der Kern übrig ist, wieder zu einem weißglühenden Überrest zusammen.

Der neu entdeckte Weiße Zwerg hat zwei Gesichter, eines aus Wasserstoff und das andere aus Helium. Forscher benannten den Stern Janus nach dem zweigesichtigen römischen Gott des Übergangs. Eine detaillierte Studie der Ergebnisse wurde am 19. Juli in der Zeitschrift Nature veröffentlicht Natur.

„Die Oberfläche des Weißen Zwergs verschiebt sich vollständig von einer Seite zur anderen“, sagte die leitende Studienautorin Ilaria Caiazzo, Postdoktorandin für Astronomie am Caltech, in einer Erklärung. „Wenn ich den Leuten die Notizen zeige, sind sie sprachlos.“

Weiße Zwerge sind unglaublich dicht und komprimieren eine ähnliche Masse wie unsere Sonne auf etwas, das einem erdgroßen Planeten entspricht.

Der starke Gravitationseffekt beim Tod eines Sterns führt dazu, dass die verbleibenden schweren Elemente in Richtung Zentrum wandern, während leichtere Elemente wie Wasserstoff oder Helium in die obere Schicht aufsteigen. Angesichts der sengenden Temperaturen der Weißen Zwerge haben die heißesten Zwerge eine Wasserstoffatmosphäre. Da Sterne mit der Zeit abkühlen, neigen sie dazu, Heliumatmosphären zu haben.

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Bei typischen Weißen Zwergen ist jedoch nicht eine Seite des Sterns einem Element gewidmet und die andere Seite wird vom anderen dominiert.

Der ungewöhnliche Sternrest wurde erstmals von der Zwicky Transit Facility entdeckt, die sich am Palomar-Observatorium des Caltech befindet. Caiazzo nutzte das Instrument, das jede Nacht den Himmel abtastet, um kürzlich eine Untersuchung stark magnetisierter Weißer Zwerge durchzuführen, als ein Objekt auftauchte, dessen Helligkeit sich schnell änderte.

Nachfolgende Beobachtungen wurden von Caiazzo und ihrem Team mit dem CHIMERA-Instrument von Palomar, HiPERCAM am Gran Telescopio Canarias auf den Kanarischen Inseln in Spanien, und am WM Keck-Observatorium in Maunakea, Hawaii, durchgeführt.

Alle drei Observatorien zeigten, dass sich Janus alle 15 Minuten um seine Achse drehte – und zeigten die Natur und Zusammensetzung des Doppelsterns. Astronomen verwendeten ein Spektrometer, um das Licht des Weißen Zwergs in verschiedene Wellenlängen zu zerlegen, wodurch die chemische Signatur von Wasserstoff auf der einen und Helium auf der anderen Seite sichtbar wurde.

Der Stern hat eine Temperatur von 62.540 Grad Fahrenheit (34.726 Grad Celsius), die Forscher mit Hilfe des Neil Gehrels Swift Observatory ermittelt haben.

Forscher sind sich nicht ganz sicher, warum ein Stern zwei sehr unterschiedliche Seiten hat. Es ist möglich, dass Janus eine seltene Form der Evolution durchläuft.

„Nicht alle, aber einige Weiße Zwerge gehen von Wasserstoff zu Helium über, das ihre Oberfläche dominiert“, sagte Kiazo. „Möglicherweise haben wir einen Weißen Zwerg auf frischer Tat ertappt.“

Wenn ein Weißer Zwerg mit der Zeit abkühlt, können sich schwerere und leichtere Materialien vermischen. Während dieses Übergangs kann es zu einer Verdünnung des Wasserstoffs im Inneren kommen, wodurch Helium zum dominierenden Element wird.

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Wenn dies im Janus geschieht, entwickelt sich eine Seite des Sterns vor der anderen.

K. Miller, Caltech/IPAC

Magnetfelder, hier als Linien um den Stern dargestellt, könnten Janus‘ ungewöhnliches Aussehen erklären.

„Die Magnetfelder um kosmische Körper neigen dazu, asymmetrisch oder auf einer Seite stärker zu sein“, sagte Kaizu. Magnetfelder können eine Vermischung von Materialien verhindern. Wenn also das Magnetfeld auf einer Seite stärker ist, kommt es auf dieser Seite zu weniger Durchmischung und daher zu mehr Wasserstoff. “

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Magnetfelder den Druck und die Dichte dieser atmosphärischen Gase auf Janus verändern.

„Magnetfelder können zu einem niedrigeren Gasdruck in der Atmosphäre führen, und dies könnte die Bildung von Wasserstoffozeanen dort ermöglichen, wo die Magnetfelder am stärksten sind“, sagte der Co-Autor der Studie, James Fuller, Professor für theoretische Astrophysik am Caltech, in einer Erklärung. „Wir wissen nicht, welche dieser Theorien richtig sind, aber wir können uns keine andere Möglichkeit vorstellen, die asymmetrischen Aspekte ohne Magnetfelder zu erklären.“

Das Team wird weiterhin mit der Zwicky Transit Facility nach weiteren Weißen Zwergen wie Janus suchen, da das Instrument „sehr gut darin ist, seltsame Objekte zu finden“, sagte Kayazu.

Magda Franke

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