Mysteriöse Stoßwelle um toten Stern

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Gas und Staub, die von Sternen ins All strömen, können unter geeigneten Bedingungen mit ihrer Umgebung zusammenstoßen und dabei eine Stoßwelle erzeugen. Astronominnen und Astronomen haben nun mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) eine solche Stoßwelle um einen toten Stern abgebildet – und stehen vor einem Rätsel. Nach allem, was man bisher über die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse weiß, dürfte es um den kleinen, ausgebrannten Stern RXJ0528+2838 eine solche Struktur eigentlich nicht geben. Diese ebenso rätselhafte wie beeindruckende Entdeckung stellt unser Verständnis davon infrage, wie tote Sterne ihre Umgebung beeinflussen.

„Wir haben etwas entdeckt, das man so noch nie gesehen hat – und vor allem etwas völlig Unerwartetes“, sagt Simone Scaringi, außerordentlicher Professor an der Universität Durham (Großbritannien) und einer der beiden Hauptautoren der heute in Nature Astronomy veröffentlichten Studie. „Unsere Beobachtungen zeigen einen intensiven Materiestrom, der nach unserem heutigen Verständnis gar nicht existieren dürfte“, ergänzt Krystian Ilkiewicz, Postdoktorand am Astronomischen Zentrum Nicolaus Copernicus in Warschau (Polen) und ebenfalls Hauptautor der Studie. Astronominnen und Astronomen bezeichnen Materie, die von Himmelskörpern ins All hinausgeschleudert wird, meist als „Outflow“ (Ausfluss).

Der Stern RXJ0528+2838 ist rund 730 Lichtjahre von der Erde entfernt und bewegt sich – wie die Sonne und viele andere Sterne – auf einer Bahn um das Zentrum unserer Galaxis. Auf diesem Weg wechselwirkt er mit dem Gas, das den Raum zwischen den Sternen erfüllt, und erzeugt dabei eine spezielle Form einer Stoßfront, eine bogenförmige Stoßfront, auch Bugstoßwelle genannt. Das ist „eine bogenförmige Anordnung von Materie, ähnlich der Welle, die sich vor dem Bug eines Schiffs aufbaut“, erklärt Noel Castro Segura, Wissenschaftler an der Universität Warwick (Großbritannien) und Mitautor der Studie. Solche Bugstoßwellen entstehen normalerweise durch Material, das vom Zentralstern ausgestoßen wird. Im Fall von RXJ0528+2838 kann jedoch keiner der bekannten Mechanismen die Beobachtungen vollständig erklären.

RXJ0528+2838 ist ein Weißer Zwerg – also der übrig gebliebene Kern eines sterbenden Sterns geringer Masse – und wird von einem sonnenähnlichen Begleiter umkreist. In solchen Doppelsternsystemen wird dem Begleitstern Materie entzogen, die auf den Weißen Zwerg übergeht und dabei häufig eine Scheibe um ihn bildet. Diese Scheibe „füttert“ den toten Stern, und ein Teil des Materials wird zugleich ins All hinausgeschleudert, wodurch starke Materieströme entstehen. Bei RXJ0528+2838 gibt es jedoch keinerlei Anzeichen für eine solche Scheibe – was den Ursprung des Materiestroms und des umgebenden Nebels zu einem Rätsel macht.

„Die Überraschung, dass ein angeblich ruhiges System ohne Scheibe einen derart spektakulären Nebel erzeugen kann, war einer dieser seltenen ‚Wow‘-Momente“, sagt Scaringi.

Erstmals fiel dem Team auf den Aufnahmen des Isaac-Newton-Teleskops in Spanien ein merkwürdiger Nebel um RXJ0528+2838 auf. Wegen seiner ungewöhnlichen Form wurde das Objekt anschließend mit dem Instrument MUSE am Very Large Telescope (VLT) der ESO genauer untersucht. „Die Beobachtungen mit MUSE ermöglichten es uns, die bogenförmige Stoßfront detailliert zu kartieren und ihre Zusammensetzung zu analysieren. Das war entscheidend für die Bestätigung, dass die Struktur tatsächlich aus dem Doppelsternsystem selbst stammt und nicht von einem zufällig überlagerten Nebel oder einer interstellaren Wolke“, erklärt Ilkiewicz.

Form und Größe der Stoßfront deuten darauf hin, dass der Weiße Zwerg seit mindestens 1000 Jahren einen starken Materiestrom ausstößt. Wie ein toter Stern ohne Scheibe so lange aktiv sein kann, wissen die Forschenden bislang nicht – aber sie haben eine Vermutung.

Bekannt ist, dass dieser Weiße Zwerg ein starkes Magnetfeld besitzt, was nun auch durch die MUSE-Daten bestätigt wurde. Dieses Feld lenkt die dem Begleitstern entzogene Materie direkt auf den Weißen Zwerg, ohne dass sich dabei eine Scheibe bildet. „Unsere Entdeckung zeigt, dass solche Systeme auch ohne Scheibe starke Materieströme erzeugen können – und damit einen Mechanismus offenbaren, den wir bisher nicht verstehen. Das stellt das gängige Bild davon infrage, wie sich Materie in diesen extremen Doppelsternsystemen bewegt und verhält“, sagt Ilkiewicz.

Die Ergebnisse deuten auf eine verborgene Energiequelle hin, vermutlich das starke Magnetfeld. Doch dieser „mysteriöse Motor“, wie Scaringi ihn nennt, ist noch längst nicht verstanden. Die Daten zeigen nämlich, dass das heutige Magnetfeld eigentlich nur ausreichen würde, um eine solche Stoßfront über einige hundert Jahre aufrechtzuerhalten – und erklärt damit nur einen Teil dessen, was die Astronominnen und Astronomen beobachten.

Um die Eigenschaften solcher Materieströme in scheibenlosen Systemen besser zu verstehen, müssen nun viele weitere Doppelsternsysteme untersucht werden. Das künftige Extremely Large Telescope (ELT) der ESO ist dazu geeignet, „mehr dieser Systeme – auch lichtschwächere – zu kartieren und ähnliche Objekte im Detail zu untersuchen, um letztlich die rätselhafte Energiequelle zu verstehen, die bisher ungeklärt ist“, blickt Scaringi voraus.

Hintergrundinformationen

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in einem Fachartikel mit dem Titel „A persistent bow shock in a diskless magnetised accreting white dwarf“ veröffentlicht, der in der Zeitschrift Nature Astronomy erscheinen wird (doi: 10.1038/s41550-025–02748‑8).