Zusammenfassung:
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat ein seltenes Doppelsternsystem entdeckt: Ein massearmer Stern etwa 300 Lichtjahre von der Erde entfernt absorbiert langsam Material von seinem Begleitstern. Dieser Prozess unterscheidet sich von dem zuvor beobachteten Phänomen, dass Sterne Planeten schnell verschlucken, sondern ist ein langfristiger, stabiler Massentransfer, der sogar Milliarden von Jahren dauern kann.
Dieses System trägt den Namen ZTF J0440+2325 und befindet sich in der Milchstraße. Die beiden Mitglieder des Systems liegen sehr nahe beieinander und durchlaufen alle 87 Minuten eine Umlaufbahn. Das leichtere Objekt ist ein Brauner Zwerg mit etwa der 25-fachen Masse des Jupiter; Der andere Stern hat etwa die 85-fache Masse des Jupiter. Beide sind Objekte mit geringer Masse, und die gesamte Umlaufbahn eines Braunen Zwergs passt sogar in den Durchmesser der Sonne.
Traditionelle Beobachtungen zeigen, dass die meisten Planeten ihre Sterne in stabilen Umlaufbahnen umkreisen, wobei nur in wenigen Fällen beobachtet wird, dass Sterne Planeten, die ihnen zu nahe kommen, schnell verschlingen. Diese Entdeckung zeigt einen völlig neuen Weg der Evolution. Forscher wiesen in einem in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Artikel darauf hin, dass dies das erste Mal sei, dass Menschen direkt beobachtet hätten, wie ein massearmer Stern kontinuierlich und stabil Material von einem anderen massearmen Himmelskörper aufnehme.
Diese Entdeckung entstand ursprünglich aus einer ungewöhnlichen Beobachtung vor einigen Jahren. Kevin Birch, außerordentlicher Professor für Physik am MIT, bemerkte eine ungewöhnliche Helligkeitskurve, als er Beobachtungsdaten des Zwicky Transient Survey (ZTF) untersuchte. Anstelle der glockenförmigen Helligkeitskurve, die bei Supernova-Explosionen üblich ist, weist dieses Ziel wiederkehrende dreieckige Schwankungen auf.
Zu dieser Zeit untersuchte das Forschungsteam ein anderes System namens „Black Widow Binary“. In einem solchen System verschlingt ein dichter und schnell rotierender Neutronenstern nach und nach seinen weniger massereichen Begleitstern. Die beobachteten Eigenschaften des neu entdeckten Ziels stimmen jedoch nicht mit denen der Black Widow-Binärdatei überein. Der Theorie zufolge sollte der Doppelstern der Schwarzen Witwe einen offensichtlichen reziproken Schwingungseffekt aufweisen, aber dieses Phänomen tauchte in den Beobachtungsergebnissen nicht auf, was es den Forschern eine Zeit lang unmöglich machte, seine wahre Identität zu erklären.
In den letzten Jahren haben Burch und der MIT-Doktorand Aaron Householder dieses mysteriöse Signal erneut untersucht. Sie stellen eine Vermutung auf: Wenn die Gesamtmasse des Systems geringer ist, wird die Umlaufbewegung zwischen den beiden Himmelskörpern gleichmäßiger sein und es wird keine heftigen Schwankungen geben. Um diese Idee zu verifizieren, nutzte das Forschungsteam mehrere Teleskope, um Nachbeobachtungen des Ziels durchzuführen.
Die Beobachtungen zeigen, dass das System zwar ein leichtes, aber messbares Wackeln aufweist. Durch vergleichende Analysen mit bekannten Doppelsternsystemen bestätigten die Forscher, dass sich darin kein Neutronenstern befindet. Letztendlich stellten sie fest, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelte, das aus einem massearmen Stern und einem Braunen Zwerg bestand, und dass der Schwung zu gering war, als dass er durch andere Arten von Objekten verursacht werden könnte.
Nachdem das Forschungsteam die Massen und Umlaufbahnparameter der beiden Himmelskörper bestimmt hatte, untersuchte es weiter, ob es ein Materialtransferphänomen gibt. Unter normalen Umständen findet der Akkretionsprozess am häufigsten bei kompakten Objekten wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen statt, und ihre starke Schwerkraft zieht das Material des Begleitsterns zusammen, um eine Akkretionsscheibe zu bilden.
Aber in diesem System ist der Akkretor kein sehr kleines Schwarzes Loch, sondern ein Stern mit einer relativ großen tatsächlichen Größe. Forscher nutzten Computersimulationen, um die Bewegung von Materialpartikeln auf der Oberfläche von Braunen Zwergen zu verfolgen, und die Ergebnisse zeigten, dass diese Materialien direkt auf die Sternoberfläche fallen würden, anstatt eine typische Akkretionsscheibe zu bilden.
Die Simulation bestätigte außerdem, dass dies das erste Mal ist, dass ein massearmer Stern aktiv Material von einem anderen massearmen Objekt ansammelt. Die Forscher erklärten, dass das fallende Material mit extrem hoher Geschwindigkeit auf die Sternoberfläche treffen wird, ein Vorgang, der dem Aufprall eines Asteroiden auf den Mond ähnelt.
Diese anhaltende Auswirkung erklärt auch die ursprünglich entdeckte dreieckige Helligkeitskurve. Während Braune Zwerge ihre Sterne umkreisen, erscheinen im Sichtfeld regelmäßig Hochtemperatur-Hotspots, die durch herabfallendes Material entstehen. Wenn der Hotspot der Erde zugewandt ist, erreicht die Helligkeit ihren Höhepunkt und bildet eine regelmäßige dreieckige Wellenform.
Das Forschungsteam schätzt, dass die Masse, die Braune Zwerge jedes Jahr an Sterne liefern, etwa einem Hunderttausendstel der Masse der Erde entspricht. Umgerechnet entspricht dies dem Materialfluss von etwa 40 Millionen schweren Muldenkippern pro Sekunde oder der Masse, die etwa 1,3 Billionen 1-Pfund-Burritos pro Sekunde entspricht.
Obwohl dieser Wert erstaunlich erscheint, ist diese Verlustrate im Vergleich zur riesigen Masse des Braunen Zwergs selbst immer noch sehr langsam. Daher glauben die Forscher, dass dieser „Fress“-Prozess nicht schnell enden wird, sondern über extrem lange Zeiträume andauern kann.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass das bisherige Verständnis der Menschen über die Wechselwirkung zwischen Sternen, Planeten und Braunen Zwergen in der Regel darin bestand, dass die Sterne diese letztendlich vollständig verschlucken würden. Wenn sich beispielsweise die Sonne in Zukunft zu einem Roten Riesen entwickelt, wird die Erde wahrscheinlich ein solches Schicksal erleiden. ZTF J0440+2325 zeigt jedoch eine andere Möglichkeit: Der Stern verschluckt den Begleitstern nicht unbedingt auf einmal, sondern kann den Begleiter nach und nach auf lange und stabile Weise „ausschlachten“ und diesen Prozess über Milliarden von Jahren fortsetzen.
Nachdem das Rätsel um die Helligkeitsänderungen des Dreiecks erfolgreich gelöst wurde, plant das Forschungsteam, nach weiteren ähnlichen Systemen zu suchen. Sie hoffen, damit mögliche neue Interaktionsmechanismen zwischen Planeten, Braunen Zwergen und Wirtssternen besser zu verstehen und das menschliche Verständnis des Sternentwicklungsprozesses zu vertiefen.
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