Supernovae vom Typ Ia gelten als „Standardkerzen“ im Kosmos – als zuverlässige Entfernungsanzeiger für die Astronomie. Denn diese Sternexplosionen sind nach gängiger Lehrmeinung immer gleich hell. Der Grund: Typ-Ia-Supernovae ereignen sich, wenn ein Weißer Zwerg seinem Begleitstern in einem Doppelsternsystem so viel Material absaugt, dass er dabei eine kritische Massengrenze überschreitet. Dieses sogenannte Chandrasekhar-Limit liegt bei rund 1,44 Sonnenmassen. Jenseits dieses Limits wird der Weiße Zwerg instabil und explodiert in einer thermonuklearen Explosion.
„Die Chandrasekhar-Massengrenze für Weiße Zwerge gilt als eine der bedeutendsten Entdeckungen der Astrophysik des 20. Jahrhunderts“, erklären Zenia Zuraiq vom Indischen Institut der Wissenschaften und ihre Kollegen. „Die feste Masse bei der Supernovazündung macht Supernovae vom Typ Ia zu gut kalibrierbaren ‚Standardkerzen‘ und zu einer wichtigen Stufe auf der kosmischen Entfernungsleiter.“ Mit ihnen werden unter anderem die Expansion des Kosmos und damit der Einfluss der Dunklen Energie gemessen – eine Basis für die gesamte Kosmologie.
Weiße Zwerge in Doppelsternsystemen können ihren Begleitsternen Material absaugen. Erreicht ihre Masse dadurch das Chandrasekhar-Limit, explodieren sie – so jedenfalls die gängige Lehrmeinung. — © NASA/ Goddard Space Flight Center
Kann das Chandrasekhar-Limit überschritten werden?
Doch wie verlässlich sind diese „Standardkerzen“? In den letzten Jahren gab es darüber immer wieder Diskussionen. So haben Astronomen einige Typ-Ia-Supernovae entdeckt, die den gängigen Regeln widersprechen – sie sind zu hell, um von einem „normalgewichtigen“ Weißen Zwerg zu stammen. „Einige dieser besonders leuchtstarken Supernovae des Typs Ia müssen von Weißen Zwergen mit bis zu 2,8 Sonnenmassen verursacht worden sein“, berichten Zuraiq und ihre Kollegen. Zudem mehren sich die Hinweise darauf, dass Weiße Zwerge mit einem starken Magnetfeld das Chandrasekhar-Limit durchbrechen können.
Ob das möglich sein könnte, haben die Astronomen nun genauer untersucht. „Die entscheidende Frage war nicht nur, ob ein Weißer Zwerg oberhalb der Chandrasekhar-Grenze überhaupt existieren kann: Wir wollten wissen, ob sich ein Stern zu einem solchen überschweren Weißen Zwerg entwickeln kann“, erklärt Zuraiq. Sie und ihr Team nutzten daher astrophysikalische Simulationen, um die Entwicklung von Sternen mit unterschiedlichen Magnetfeldern und Massen zu Weißen Zwergen nachzuvollziehen. Dann modellierten sie deren Schicksal in einem Doppelsternsystem.
Magnetfeld schützt vor Destabilisierung
Die Simulationen ergaben: Das Magnetfeld eines sonnenähnlichen Sterns spielt eine wichtige Rolle dafür, wie stabil er später als Weißer Zwerg wird. Denn stärkere Magnetfelder stabilisieren den Sternenrest, wenn er Material von einem Begleitstern absaugt und an Masse gewinnt, wie die Astronomen ermittelten. Hat der Vorgänger ein nur schwaches Magnetfeld, wird er nahe des Chandrasekhar-Limits instabil und sein Kohlenstoffkern entzündet sich und explodiert.
Ist der Weiße Zwerg jedoch stärker magnetisiert, passiert dies nicht. „Stattdessen verstärkt sich das Magnetfeld, wenn der Weiße Zwerg Masse aufnimmt und sich verdichtet“, erklären Zuraiq und ihre Kollegen. Das Magnetfeld des Weißen Zwergs wird dadurch typischerweise um zwei Größenordnungen stärker – und kann so der zunehmenden Schwerkraft entgegenwirken. In den Modellen konnte dadurch ein rund 1,02 Sonnenmassen schwerer Weißer Zwerg so viel Material aufnehmen, dass er bis zu 2,4 Sonnenmassen schwer wurde, ohne zu explodieren.
Stark magnetisierte Weiße Zwerge können das Chandrasekhar-Limit überschreiten: Je stärker ihr Magnetfeld ist, desto schwerer können sie werden, ohne dass sie explodieren. — © Zuraiq et al./ The Astrophysical Journal Letters, CC-by 4.0
„Unsere Simulationen zeigen damit, dass ein solcher Weg unter bestimmten Bedingungen möglich ist“, berichten die Astronomen. Gleichzeitig liefern die Ergebnisse auch eine Erklärung für einige Weiße Zwerge, die für ihre Masse ungewöhnlich groß sind. „Dies geht ebenfalls auf die Wirkung des Magnetfelds zurück“, erklären die Astronomen. Weil das Magnetfeld der Schwerkraft entgegenwirkt, sind diese übergroßen Weißen Zwerge weniger dicht als erwartet.
Chandrasekhar-Limit gilt – aber nicht für alle
Nach Ansicht von Zuraiq und ihren Kollegen klären ihre Resultate die Diskussionen zum Chandrasekhar-Limit und zur Verlässlichkeit von Weißen Zwergen als Standardkerzen der Kosmologie. „Indem wir die komplexe stellare Entwicklung von Sternen bis zu diesem Stadium nachvollzogen haben, können wir alle Zweifel an der Existenz stark magnetisierter Weißer Zwerge jenseits des Chandrasekhar-Limits ausräumen“, konstatieren sie.
Das bedeutet: Das Chandrasekhar-Limit bleibt für „normale“ Weiße Zwerge mit schwachem Magnetfeld und langsamer Rotation zwar weiterhin gültig, aber es gibt Ausnahmen. „Auch wenn die Chandrasekhar-Grenze sakrosankt ist, hängt ihr Wert stark von den physikalischen Gegebenheiten ab, in diesem Falle vom Magnetfeld“, schreiben die Astronomen. Dadurch können einige Supernovae des Typs Ia leuchtstärker sein, als es das Konzept der Standardkerzen vorsieht - mit entsprechenden Konsequenzen für die Kosmologie.
Offen ist allerdings noch, wie häufig solche übergewichtigen Weißen Zwerge vorkommen und wie oft sie dann als überleuchtstarke Typ-Ia-Supernovae explodieren.
Quelle: Zenia Zuraiq (Indian Institute of Science, Bengaluru) et al., The Astrophysical Journal Letters, 2026; doi: 10.3847/2041-8213/aea97e
