Sanfte Supernova

Elliptische Bahnen nähern sich im Lauf der Zeit langsam immer weiter einer Kreisbahn an. Grund für diese „Zirkularisierung“ sind Gezeitenkräfte, bei denen die beiden Körper Rotations- und Bahnenergie austauschen. Richardson und Pavao schätzen, dass bei CPD −29 2176 dafür rund hundert Millionen Jahre nötig waren. Das übersteigt aber bei weitem die Lebensdauer des heißen Sterns in diesem Tandem. Das Doppelsystem hat also offenbar bei der Explosion des ersten Sterns keinen größeren Schaden erlitten. Wie konnte das sein?

Richardsons Antwort: „Der Stern war so abgemagert, dass die Explosion nicht genug Energie besaß, um die Umlaufbahn in die typische elliptische Form zu bringen, die man von ähnlichen Doppelsternen kennt.“

Rekonstruktion der Sterngeschichte

Um die Entwicklung dieses Binärsystems zu rekonstruieren, rechnete Jan Eldridge von der Auckland University in Neuseeland Tausende von Sternentwicklungsmodellen durch. Nur zwei sehr ähnliche können das heutige System erklären.

Demnach besaßen die beiden Sterne anfangs zwölf beziehungsweise etwa neun Sonnenmassen. Der schwerere von beiden erreichte vor dem kleineren seine Endphase. Er blähte sich stark auf, sodass Gas aus seinem Außenbereich zu seinem Begleiter hinüberströmte. Dabei wuchs der kleinere Stern auf Kosten das größeren bis auf 18 Sonnenmassen an. Als der abgemagerte Stern seinen Brennstoff verbraucht hatte, brach der Zentralbereich zu dem heutigen Neutronenstern zusammen. Seine Hülle war bis dahin aber so dünn, dass der Supernova-Ausbruch weitgehend verpuffte.

Das geschah vor einigen Millionen Jahren. Astronomen nennen diese Form der Sternexplosion ultra-stripped Supernova. „Natürlich gibt es eine gewisse Unsicherheit bei der binären Entwicklung, aber wir meinen, dass dieses Bild stimmig ist. Die größte Unsicherheit besteht darin, ob der ursprüngliche Primärstern als ultra-stripped Supernova explodierte oder direkt in den Neutronenstern kollabiert ist“, schreiben die Astronomen.

Eldridge berechnete auch die künftige Entwicklung des Systems: Der jetzige blaue, heiße Stern wird nun seinerseits Materie an den Neutronenstern verlieren. Dabei nähern sich die beiden Körper einander an. Schließlich wird auch der blaue Stern in etwa einer Million Jahren am Ende seiner Entwicklung als ultra-stripped Supernova enden und zu einem Neutronenstern schrumpfen. Ein Doppel-Neutronensternsystem ist entstanden. Hier findet nun kein Materietausch mehr statt, aber Gravitationswellen werden abgestrahlt. Dadurch verliert das System an Bahnenergie, und die beiden Körper nähern sich langsam auf einer Spiralbahn einander an, bis sie kollidieren.

Gold und Platin aus Kollisionen

Ereignisse dieser Art kennen die Astronomen: kurze Gammablitze (short Gamma Ray Bursts). In dem Milliarden Grad heißen Feuerball bilden sich zwei Teilchenstrahlen, sogenannte Jets, die in entgegengesetzter Richtung entlang der Rotationsachse des Doppelsystems ins All hinausschießen. Hierbei wird für wenige Sekunden intensive Gammastrahlung frei. Außerdem wird ein letzter Gravitationswellenpuls abgestrahlt. In der heißen, expandierenden Gashülle entstehen dann große Mengen an schweren Elementen wie Gold und Platin.

Eine solche Explosion ist heller als eine Nova, aber schwächer als eine klassische Supernova, weswegen Astronomen von einer Kilonova sprechen. Das bislang spektakulärste beobachtete derartige Ereignis war GW170817 aus dem Jahr 2017. Damals gelang es erstmals, das Verschmelzen von zwei Neutronensternen in einer Kilonova sowohl anhand der freigesetzten Gravitationswellen als auch durch die elektromagnetische Strahlung zu beobachten: vom Radio- bis in den Gammabereich (bild der wissenschaft 2/2018, „Die neue Ära der Astrophysik“).

CPD −29 2176 ist der mutmaßlich erste bekannte Vorläufer einer künftigen Kilonova. Damit hat das Team um Richardson und Pavao ein extrem seltenes System entdeckt. In der gesamten Milchstraße existieren derzeit nach Schätzungen der Forscher nur etwa zehn von ihnen. Dennoch haben sie große Bedeutung für die Evolution des Universums, weil sie vermutlich die Hauptquellen für besonders schwere Elemente sind (bild der wissenschaft 2/2018, „Crash der Sternruinen“).

Darüber hinaus belegt die Arbeit, wie stark die Entwicklung eines Sterns davon abhängt, ob er sich in einem Doppelsystem befindet und wie dieses beschaffen ist. „In dem Maße, wie wir die wachsende Zahl ähnlicher Systeme verstehen, werden wir die Frage beantworten, wie sanft einige stellare Tode sein und ob diese Sterne ohne Supernovae sterben können“, resümieren die Astronomen ihre Arbeit.