Astronomen entdecken engen Doppelstern im planetarischen Nebel M3-1

Hubble-Aufnahme des planetarischen Nebels M3-1. (Credit: David Jones / Daniel López – IAC)
Hubble-Aufnahme des planetarischen Nebels M3-1. (Credit: David Jones / Daniel López – IAC)

Ein internationales Astronomenteam hat in dem planetarischen Nebel M3-1 ein Sternenpaar gefunden, das einander in nur etwas mehr als drei Stunden umkreist. Bemerkenswerterweise könnten die Sterne eine Nova-Explosion auslösen – ein komplett unerwartetes Ereignis, basierend auf unserem derzeitigen Wissen über die Entwicklung von Doppelsternen. Das Team unter Leitung von David Jones vom Instituto Astrofisica de Canarias und der Universidad de La Laguna berichtet im Journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters über seine Ergebnisse. Der Titel der Abhandlung lautet “The short orbital period binary star at the heart of the planetary nebula M 3-1“.

Planetarische Nebel sind die leuchten Hüllen aus Gas und Staub, die aus den äußeren Schichten sonnenähnlicher Sterne gebildet werden, wenn sie sie im Laufe der letzten Phasen ihrer Entwicklung abgestoßen. In vielen Fällen spielt die Interaktion mit einem nahen Begleitstern eine wichtige Rolle bei der Abstoßung dieser Materie und der Bildung der komplexen Strukturen, die in dem resultierenden planetarischen Nebel beobachtet werden.

Der planetarische Nebel M3-1 liegt in Richtung des Sternbildes Canis Major (Großer Hund), etwa 14.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. M3-1 war ein guter Kandidat für einen Doppelstern in seinem Zentrum, weil seine Struktur mit auffallenden Jets und Filamenten typisch für diese Wechselwirkungen zwischen Doppelsternen ist.

Mit Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile beobachtete Jones’ Team M3-1 über einen Zeitraum von mehreren Jahren. Dabei entdeckten und untersuchten sie das Doppelsternsystem im Zentrum des Nebels.

“Wir wussten, dass M3-1 einen Doppelstern enthalten musste, also machten wir uns daran, die erforderlichen Beobachtungen durchzuführen, um das zu beweisen und die Eigenschaften des Nebels mit der Entwicklung des Sterns oder der Sterne in Zusammenhang zu bringen, die ihn entstehen ließen”, sagte Brent Miszalski vom Southern African Large Telescope, ein Co-Autor der Studie.

Die beiden Sterne liegen so nahe beieinander, dass sie vom Boden aus nicht aufgelöst werden können. Daher wird die Präsenz des zweiten Sterns aus den Variationen der beobachteten kombinierten Helligkeit des Systems abgeleitet. Das geschah durch periodische Verdunkelungen des einen Sterns durch den anderen, was charakteristische Verringerungen der Helligkeit verursachte.

“Als wir mit den Beobachtungen begannen, war sofort klar, dass das System ein Doppelsternsystem ist”, erklärte Henri Boffin von der Europäischen Südsternwarte in Deutschland. “Wir sahen, dass der vermeintliche Einzelstern im Zentrum des Nebels seine Helligkeit rasch veränderte, und wir wussten, dass dies auf die Anwesenheit eines Begleitsterns zurückzuführen sein musste.”

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Video-Link: https://youtu.be/E7aeC8iM1Xg

Oben: Das Video zeigt die Rotation des Doppelsternsystems und die damit einhergehende Helligkeitskurve. (Credits: David Jones – IAC)

Das Team stellte fest, dass der Zentralstern des planetarischen Nebels M3-1 eine der kürzesten bekannten Umlaufperioden von Doppelsternsystemen besitzt – nur wenig mehr als drei Stunden. Die ESO-Beobachtungen zeigten auch, dass die beiden Sterne – höchstwahrscheinlich ein Weißer Zwerg mit einem massearmen Hauptreihenstern als Begleiter – sich fast berühren.

Aufgrund dessen erfährt das Sternenpaar wahrscheinlich eine sogenannte Nova-Eruption – dabei handelt es sich um die Folge des Materietransfers von einem Stern auf den anderen. Wenn dieser eine kritische Masse erreicht, findet eine gewaltige thermonukleare Explosion statt und das System wird vorübergehend um bis zu eine Million Mal heller.

“Nach den verschiedenen Beobachtungskampagnen in Chile hatten wir genug Daten, um die Eigenschaften der beiden Sterne – ihre Massen, Temperaturen und Radien – besser zu verstehen”, sagte Paulina Sowicka, eine Doktorandin am Nicolaus Copernicus Astronomical Center in Polen. “Es war eine echte Überraschung, dass die beiden Sterne so nahe beieinander liegen und so groß sind, dass sie sich fast berühren. Eine Nova-Explosion könnte von heute an in nur wenigen Tausend Jahren stattfinden.”

Die Theorie besagt, dass Doppelsternsysteme nach der Bildung eines planetarischen Nebels recht weit voneinander getrennt sein sollten. Dann sollten sie eine lange Zeit brauchen, bevor sie erneut beginnen miteinander zu interagieren und Ereignisse wie Novae möglich werden. Im Jahr 2007 beobachteten Astronomen eine andere Nova-Explosion namens Nova Vul 2007 innerhalb eines anderen planetarischen Nebels.

“Das Ereignis von 2007 war besonders schwer zu erklären. In der Zeit, bis sich die beiden Sterne nahe genug für eine Nova gekommen sind, sollte die Materie des planetarischen Nebels expandiert sein und sich so weit verstreut haben, dass er nicht länger sichtbar ist. Das neue Ereignis trägt noch zu dem Rätsel bei: Mit den Zentralsternen von M3-1 haben wir einen weiteren Kandidaten für eine ähnliche Nova-Explosion in relativ naher Zukunft gefunden”, sagte Jones.

Das Team hofft jetzt, weitere Untersuchung des Nebels und anderer vergleichbarer Nebel durchzuführen, um dabei zu helfen, Licht auf die physikalischen Prozesse und Ursprünge von Novae und Supernovae zu werfen, die zu den spektakulärsten und gewaltigsten Phänomenen im Universum gehören.

Quelle

(THK)

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