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Sterne und Planeten

Ungewöhnliche Sternexplosion beobachtet – mit enormer Beschleunigung von Teilchen

Künstlerische Darstellung der RS-Ophiuchi-Nova-Explosion: Die schnellen Schock­wellen­fronten bilden die Form eines Uhrenglases aus, in der die Gammastrahlung produziert wird. Sie wird dann von den H.E.S.S.-Teleskopen (im Vordergrund) aufgezeichnet.

Am 8. August 2021 registrierten Astronomen auf dem 7500 Lichtjahre entfernten Stern RS Ophiuchi eine thermonukleare Explosion. Sogar mit bloßem Auge war im Sternbild Schlangen­träger das Aufleuchten des Sterns als sogenannte Nova zu erkennen. Mithilfe der Teleskop­anlage H.E.S.S. in Namibia und dem Satelliten­observatorium Fermi gelang es einem internationalen Forscherteam erstmals, bei einer solchen Sternexplosion auch hochenergetische Gamma­strahlung nachzuweisen. Offenbar führe der Novaausbruch zu einer enormen Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen in der Umgebung, so die Wissen­schaftler im Fachblatt „Science“.

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RS Ophiuchi ist ein Doppel­system aus einem Weißen Zwergstern und einem Roten Riesenstern, die sich etwa im andert­halb­fachen Abstand Erde–Sonne umkreisen. Wenn Sterne ähnlich unserer Sonne ihren nuklearen Energievorrat verbraucht haben, blähen sie sich zunächst zu einem Roten Riesen auf und fallen dann zu einem Weißen Zwerg zusammen – einem kompakten, nur noch etwa erdgroßen Stern, der langsam abkühlt.

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In einem Doppelsystem wie RS Ophiuchi strömt ständig Materie – vor allem Wasserstoff – aus der Atmosphäre des Roten Riesen auf den Weißen Zwerg hinab. Hat sich dort genug Wasserstoff angesammelt, kommt es ähnlich wie bei einer Wasser­stoff­bombe zu einer thermo­nuklearen Explosion, bei der Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Einen solchen Nova­ausbruch haben Astronomen erstmals 1898 bei RS Ophiuchi beobachtet. Der Ausbruch vom vorigen August war bereits die neunte Explosion, die Wissen­schaftler bei dem Stern verzeichneten.

Erstmals hochenergetische Strahlung von Nova gezeigt

Da die Astronomen seit Längerem mit einem neuen Novaausbruch bei RS Ophiuchi rechneten, waren sie vorbereitet: Bereits einen Tag später richteten sie die Antennen der Teleskop­anlage H.E.S.S. auf die entsprechende Himmelsregion. Mit der Anlage können die Forscher Strahlung auffangen, die von hoch­energetischer Gamma­strahlung in der Erd­atmo­sphäre ausgelöst wird. Das Team hatte Erfolg: Erstmals gelang der Nachweis derart hoch­energetischer Strahlung von einer Nova.

Einen ganzen Monat lang beobachteten die Astronomen die Gammastrahlung, die zunächst stetig anwuchs, ein Maximum erreichte und schließlich wieder abebbte. Weitere Daten lieferte der mit Detektoren für Gammastrahlung ausgestattete Satellit Fermi der US-Raum­fahrt­behörde Nasa. Anhand der Daten über den zeitlichen Verlauf und die energetische Verteilung der Gammastrahlung zogen die Forscher dann Rückschlüsse auf die physikalischen Vorgänge in der Umgebung der Nova.

„Das wahrscheinlichste Szenario ist, dass Protonen und Atomkerne an der sich ausdehnenden Stoßwelle der Explosion stark beschleunigt werden“, sagt Brian Reville vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. „Diese Teilchen kollidieren dann mit komprimiertem Material des Sternwinds, den der Rote Riese ins All bläst. Und das setzt Gamma­strahlung frei.“ Reville hat maßgeblich an den zur Interpretation der Daten erforderlichen Modell­rechnungen mitgewirkt.

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Das bedeute, so der Astrophysiker weiter, dass derartige Nova-Ausbrüche effiziente kosmische Beschleuniger sind, die Teilchen bis zu Energien am theoretischen Maximum bringen und so ihre Umgebung mit einer großen Menge an hoch­energetischen Teilchen überschütten. Damit leisten sie einen erheblichen Beitrag zur kosmischen Strahlung in der Umgebung einer Nova. Und das ist für die Astronomen eine Überraschung: Bislang galten lediglich Supernovae – weitaus heftigere Explosionen von Sternen – als derart effektive Teilchen­beschleuniger.

RND/dpa

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