Zusammenfassung:
Astronomen der Curtin University in Australien haben ein äußerst seltenes Doppelsternsystem entdeckt, in dem einer der toten Sterne, ein Weißer Zwerg, alle etwa acht Minuten regelmäßige Radioimpulse aussendet. Sein Begleitstern ist ein sonnenähnlicher Stern. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler solche periodischen Radiosignale in einem Doppelsternsystem aus einem Weißen Zwerg und einem sonnenähnlichen Stern entdeckt haben, was neue Hinweise zum Verständnis eines mysteriösen Himmelskörpertyps in der Milchstraße liefert.
Dieses System mit dem Namen GPM J071507−114153 ist mehr als 5.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und besteht aus zwei Sternen, die einander umkreisen. Einer von ihnen ist ein Weißer Zwerg, ein hochdichter Kern, der zurückbleibt, nachdem ein Stern seinen Kernbrennstoff erschöpft hat und sich entwickelt hat; der andere ist ein G-Stern, der ähnliche Spektraltypen und Grundeigenschaften wie unsere Sonne aufweist.
Diese Entdeckung ist von besonderem Interesse, da ähnliche Radiopulssysteme, die zuvor von Wissenschaftlern entdeckt wurden, normalerweise Weiße Zwerge und kleinere, kühlere Rote Zwerge enthalten. Der dieses Mal entdeckte Begleitstern ist ein sonnenähnlicher Stern, was darauf hindeutet, dass diese Art von mysteriösem Himmelskörper möglicherweise eine reichhaltigere Zusammensetzung aufweist als bisher angenommen.
Forscher klassifizieren diese Art von Objekten in eine Kategorie namens „Long-period Transients (LPT)“. Solche Objekte können in Intervallen von Minuten bis Stunden Funkimpulse aussenden, wobei das Signal periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Seit Forscher des International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) solche Objekte im Jahr 2021 erstmals entdeckten, haben Astronomen etwa ein Dutzend ähnliche Systeme bestätigt, der Mechanismus, durch den sie Radiostrahlung erzeugen, ist jedoch noch nicht vollständig geklärt.
Wissenschaftler haben bereits in einigen langperiodischen, transienten Quellen binäre Strukturen entdeckt, die aus Weißen Zwergen und anderen Sternen bestehen, aber es war schon immer schwierig zu bestimmen, welcher Stern das Radiosignal erzeugte. Der wichtigste Fortschritt dieser Studie besteht darin, dass Forscher endlich in der Lage waren, die Bewegung des Weißen Zwergs in der binären Umlaufbahn durch Änderungen im Pulssignal direkt zu beobachten.
Sam McSweeney, der Erstautor der Arbeit und auftraggebender Wissenschaftler am Square Kilometre Array Observatory (SKAO), sagte, dass dies das erste Mal sei, dass Forscher ein ausreichend klares Signal erhalten hätten, um die Bewegungseigenschaften eines Weißen Zwergs zu identifizieren, während er einen Begleitstern umkreist. Daher können Wissenschaftler feststellen, dass der Radioimpuls aus einer Region in der Nähe des Weißen Zwergs oder möglicherweise sogar direkt vom Weißen Zwerg selbst stammt.
Um dieses Urteil zu überprüfen, verarbeitete das Forschungsteam mithilfe des Pawsey Supercomputing Research Centre in Australien mehr als 100 Stunden Radiobeobachtungsdaten und analysierte das Pulssignal und die Umlaufbewegung des Weißen Zwergs.
Diese Entdeckung hat auch einen unerwarteten Gewinn: Die von Weißen Zwergen ausgesendeten Radioimpulse werden tatsächlich zu einem natürlichen Erkennungsinstrument für die Untersuchung der Aktivitäten ihrer Begleitsterne.
Natasha Hurley-Walker, Mitautorin des Artikels und außerordentliche Professorin an der Curtin University, sagte, dass die Forscher herausgefunden hätten, dass das Signal durch die Aktivität des Sterns beeinflusst werde, wenn die vom Weißen Zwerg ausgesendeten Radiowellen den Raum um den sonnenähnlichen Stern passieren. Durch die Analyse dieser Veränderungen konnte das Team Sternausbrüche auf der Oberfläche des Begleitsterns identifizieren.
Dieses Phänomen ähnelt der Flare-Aktivität auf der Sonne. Sonneneruptionen setzen große Energiemengen frei und können Störungen in der Magnetosphäre und Polarlichter der Erde auslösen. Diese Studie zeigt, dass Astronomen Radiowellen nutzen können, um ähnliche Aktivitäten auf einem anderen Stern zu erkennen, der mehr als 5.000 Lichtjahre entfernt ist.
Die Forscher beobachteten außerdem, dass der Weiße Zwerg während seiner Umlaufbahn hinter einer Region mit einem starken Magnetfeld vorbeizog. Wissenschaftler spekulieren, dass es sich bei dieser Region wahrscheinlich um eine Art Sternvorsprung handelt, eine große Plasmastruktur, die sich von der Oberfläche eines Sterns aus erstreckt und häufig von einem Magnetfeld umgeben ist und sich während Perioden stellarer Aktivität dramatisch verändern kann.
Das Forschungsteam entdeckte dieses System erstmals mit dem australischen Radioteleskop Murchison Widefield Array (MWA). Das Teleskop ist in der Lage, den gesamten Himmel der Milchstraße zu scannen, der von Australien aus beobachtet werden kann, und hilft Forschern bei der Suche nach seltenen periodischen Objekten in großen Mengen an Radiosignalen.
Das Team nutzte dann das MeerKAT-Radioteleskop in Südafrika, um den genauen Standort des Ziels zu bestimmen, und nutzte dann das Keck-Observatorium (W. M. Keck Observatory) auf Mauna Kea, Hawaii, um optische Beobachtungen durchzuführen und bestätigte schließlich die Existenz eines G-Typ-Sternbegleiters im System.
Diese Entdeckung demonstriert auch die wissenschaftliche Entdeckungsfähigkeit vorhandener führender Ausrüstung, bevor die neue Generation großer Radioastronomieanlagen gebaut wird. MWA und MeerKAT sind die Pilotprojekte für SKA-Low bzw. SKA-Mid, die beiden Hauptkomponenten des zukünftigen Square Kilometre Array Observatory. Ersteres befindet sich in Australien und letzteres in Südafrika.
Forscher glauben, dass mit der schrittweisen Fertigstellung des Square Kilometre Array Observatory die Empfindlichkeit und Beobachtungsfähigkeiten von Radioteleskopen weiter verbessert werden. Von Astronomen wird erwartet, dass sie mehr langperiodische temporäre Quellen entdecken, die bisher schwer zu identifizieren waren, und detailliertere Radiosignaldaten erhalten.
Die Bedeutung dieser Forschung liegt nicht nur in der Entdeckung einer bisher nicht identifizierten Doppelsternkombination, sondern auch in der Lösung einer wichtigen Frage bei der Untersuchung langperiodischer transienter Quellen: Von welchem Stern im Doppelsternsystem stammt das Radiosignal? Durch die Identifizierung von Weißen Zwergen als Quelle gepulster Strahlung können Wissenschaftler die Struktur des Magnetfelds, die Sternaktivität und die Wechselwirkungen zwischen Doppelsternen solcher Objekte weiter untersuchen.
Der zugehörige Artikel trägt den Titel „A long-period transient with a Sun-like Companion“ und wurde in Nature Astronomy veröffentlicht.
Derzeit sind langperiodische transiente Quellen immer noch eine Art mysteriöser Himmelskörper, der in der Astronomie nicht vollständig verstanden wurde. Das Verhalten, Funkimpulse nur einmal alle paar Minuten oder sogar Stunden auszusenden, unterscheidet sich völlig von den Eigenschaften gewöhnlicher Pulsare, die mehrere Signale pro Sekunde aussenden. Diese Entdeckung liefert neue Beobachtungsergebnisse zur Erklärung dieser abnormalen Signale, der vollständige physikalische Mechanismus dahinter muss jedoch noch weiter untersucht werden.
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