Illustration eines hypothetischen binären Paares, bei dem der Weiße Zwerg als Supernova explodiert (links) und seinen Begleiter, einen L-Unterzwerg, durch die Milchstraße schleudert (Illu.).
Copyright/Quelle: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko
San Diego (USA) – Auch wenn für uns gefühlt die Sonne stillsteht, während sie von ihren Planeten umkreist wird, so bewegt sie sich dennoch mit fast 800.000 Kilometern pro Stunde durch die Milchstraße. Ein Bürgerwissenschaftsprojekt, das eigentlich nach weiteren Planeten jenseits der Neptunbahn und sonnennahen Zwergsternen sucht, hat nun ein stellares Objekt entdeckt, dass mit fast 2 Millionen Kilometern pro Stunde – also 0,1 % der Lichtgeschwindigkeit – unsere Galaxie durchfliegt.
Wie das Team um Professor Adam Burgasser, der an der University of California (UC) San Diego das Citizen-Science-Projekt „Backyard Worlds: Planet 9“ leitet, aktuell vorab via ArXiv.org und im „Astrophysical Journal Letters“ berichtet, gilt das ebenso extrem seltene wie schnelle Objekt als ertser „Hypergeschwindigkeits-Stern“ klassifiziert. Hierbei handele es sich um einen Stern mit sehr geringer Masse. Derzeit befindet sich der Stern nur 400 Lichtjahre von der Erde entfernt und damit vermutlich zugleich auch der uns nächste bekannte Hypergeschwindigkeitsstern.
Entdeckt wurde dieser Hochgeschwindigkeits-Stern in den Daten der NASA-Mission „WISE“ entdeckt und konnte mit gleich mehreren an der Suche nach „Planet Nine“ beteiligter Teleskope bestätigt werden.
Anhand der Beobachtungen haben Astronomen mittlerweile auch die Bahn des stellaren Objekts ermitteln, die derart ungewöhnlich sein, dass sie ihn möglicherweise aus der Milchstraße herausführt.
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Die Natur des Objekts bzw. Sterns, der mittlerweile die Bezeichnung CWISE J124909+362116.0 (oder kurz „J1249+36“) trägt, wurde anhand des mit dem „Near-Infrared Echellette Spectrograph“ (NIRES) des Keck Observatory auf Hawaii ermittelten Infrarotspektrums untersucht. Die Daten zeigten, dass es sich um einen sogenannten L-Unterzwerg (Subdwarf) handelte – eine Klasse von Sternen mit sehr geringer Masse und kühleren Temperaturen als unsere Sonne. Unterzwerge gehören zu den ältesten Sternen in der Milchstraße. Das Team verglich die Erkenntnisse des Keck Observatory über die Zusammensetzung von J1249+36 dann mit einem neuen Satz von Atmosphärenmodellen, die vom UC San Diego-Alumnus Roman Gerasimov erstellt wurden. Diese Modelle wurden speziell angepasst, um L-Unterzwerge zu untersuchen. „Es war aufregend zu sehen, dass unsere Modelle das mit Keck’s NIRES erhaltene Spektrum genau nachbilden konnten“, erinnert sich der beteiligte UC-Wissenschaftler Efrain Alvarado.
Zusammen mit den Bilddaten von Pan-STARRS und mehreren anderen bodengestützten Teleskopen ermöglichten es die Spektraldaten den Forschenden dann, die Position und Geschwindigkeit von J1249+36 im Raum genau zu bestimmen und damit auch seine zukünftige Bahn durch die Milchstraße vorherzusagen.
Woher stammt der Stern und warum ist er so schnell?
Bei der Suche nach einem Auslöser für die ungewöhnliche Bahn und Beschelunigung konzentrieren sich die Astronomen und Astronominnen derzeit auf zwei mögliche Szenarien:
Zum einen könnte es sich bei dem Stern ursprünglich um einen Begleiter mit geringer Masse eines Weißen Zwergs gehandelt haben. Weiße Zwerge sind die Überreste von Sternen, die ihre nuklearen Brennstoffe aufgebraucht haben und erloschen sind. „Wenn ein stellarer Begleiter in einer sehr engen Umlaufbahn um einen Weißen Zwerg ist, kann er Masse übertragen, was zu periodischen Ausbrüchen führt, die als Nova bezeichnet werden“, erklärt Burgasser. „Wenn der Weiße Zwerg zu viel Masse ansammelt, kann er kollabieren und als Supernova explodieren. (…) In dieser Art von Supernova wird der Weiße Zwerg vollständig zerstört, sodass sein Begleiter freigesetzt wird und mit der ursprünglichen Umlaufgeschwindigkeit plus einem zusätzlichen Schub durch die Supernova-Explosion davonfliegt.“
Tatsächlich stützen die aktuellen Berechnungen dieses Szenario. Da der Weiße Zwerg jedoch nicht mehr vorhanden ist, und die Überreste der Explosion, die wahrscheinlich vor mehreren Millionen Jahren stattgefunden hat, vermutlich bereits verflogen sind, gebe es keinen eindeutigen Beweis für diese Herkunft.
Zum anderen könnte „J1249+36“ ursprünglich ein Mitglied eines Kugelsternhaufens, einer dicht gebundenen Ansammlung von Sternen gewesen sein, die durch ihre charakteristische kugelförmige Gestalt erkennbar sind. Die Zentren dieser Haufen enthalten voraussichtlich Schwarze Löcher unterschiedlicher Masse. Diese Schwarzen Löcher können auch Doppelsternsysteme bilden, und solche Systeme erweisen sich als ausgezeichnete kosmische Katapulte für Sterne, die ihnen zu nahe kommen. „Wenn ein Stern auf ein Doppelsternsystem mit einem Schwarzen Loch trifft, können die komplexen Dynamiken dieser Drei-Körper-Interaktion den Stern direkt aus dem Kugelsternhaufen herauskatapultieren“, führt Kyle Kremer, demnächst Assistenzprofessor im Fachbereich Astronomie und Astrophysik der UC San Diego, dazu aus. Anhand einer Reihe von Simulationen fand Kremer zudem tatsächlich heraus, dass solche Interaktionen in seltenen Fällen einen niedrig-massigen Subzwerg aus einem Kugelsternhaufen schleudern und ihn auf eine Bahn bringen können, die der von J1249+36 beobachteten ähnelt. Allerdings sei unklar, aus welchem Kugelsternhaufen der Stern ursprünglich stamme. „Die Rückverfolgung von J1249+36 in der Zeit bringt ihn in einen sehr dichten Teil des Himmels, der möglicherweise unentdeckte Haufen verbirgt.“
Zukünftige Beobachtungen
Um genauer zu bestimmen, ob und welches der beiden Szenarien oder aber auch ein anderer Mechanismus die Bahn von J1249+36 erklären kann, hoffen die Forschenden nun, zukünftig die elementare Zusammensetzung des Sterns genauer untersuchen zu können. So könnten bei der Explosion eines Weißen Zwergs schwere Elemente entstehen, die die Atmosphäre von J1249+36 während seines Entkommens „verschmutzt“ haben. Auch die Sterne in Kugelsternhaufen und Satellitengalaxien der Milchstraße weisen charakteristische Muster der Elementhäufigkeit auf, die dann mit jenen von J1249+36 wie eine Art chemischer Fingerabdruck abgeglichen werden könnten.
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Recherchequelle: W.M. Keck Observatory
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