HUBBLE
Die Wanderung der Weißen Zwerge
von Stefan Deiters
astronews.com
15. Mai 2015

Astronomen ist es mithilfe des Weltraumteleskops Hubble erstmals gelungen, Informationen über die Wanderung von Weißen Zwergen aus dem Zentralbereich eines Kugelsternhaufens in dessen Randbereiche zu gewinnen. Dabei stellte sich heraus, dass die Beobachtungen nicht ganz zu den bisherigen Theorien über den Zeitpunkt des Masseverlusts der alternden Sterne passen.

Der Kugelsternhaufen 47 Tucanae.  Bild: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration / J. Mack (STScI) und G. Piotto (Universität Padua, Italien) [Großansicht]

Weiße Zwerge sind die Überreste von Sternen, deren Anfangsmasse nicht ausreichend groß ist, damit sie schließlich als Supernova explodieren. Stattdessen stoßen die Sterne zum Ende ihres nuklearen Lebens einen beträchtlichen Teil ihrer Masse ins All ab, so dass nur noch ein deutlich masseärmerer glühender Kern zurückbleibt, der dann langsam auskühlt. Dieses Ende erwartet beispielsweise auch unsere Sonne.

Durch den Masseverlust sollte es zu einem besonderen Phänomen kommen: In Kugelsternhaufen ordnen sich die Sterne grob ihrer Masse entsprechend an: Im Zentrum kreisen auf engen Bahnen die massereichsten Objekte des Haufens, die stellaren "Leichtgewichte" befinden sich eher in den Außenregionen. Astronomen sprechen von der sogenannten Massensegregation.

Ändert sich die Masse eines Sterns, müsste sich somit auch seine Position in dem Haufen ändern und einstmals massereiche Sterne in die Außenregionen wandern. Astronomen haben nun versucht, diesen Prozess praktisch "in Aktion" zu beobachten, indem sie mithilfe des Weltraumteleskops Hubble rund 3.000 Weiße Zwerge im massereichen Kugelsternhaufen 47 Tucanae untersuchten.

"Das Endergebnis haben wir schon früher gesehen: Weiße Zwerge, die in die Außenbereiche gewandert sind und sich nun - abhängig von ihrer Masse - auf Bahnen außerhalb des Zentralbereichs befinden", so Jeremy Heyl von der kanadischen University of British Columbia. "In dieser Studie aber, die etwa ein Viertel aller jungen Weißen Zwerge des Haufens umfasst, sehen wir die Sterne, wie sie gerade dabei sind, nach außen zu wandern und sich entsprechend ihrer Masse zu verteilen."

Eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung spielte dabei das Alter der Weißen Zwerge: So hatte eine Gruppe von Zwergsternen mit einem Alter von gerade einmal sechs Millionen Jahren ihre Wanderung aus dem dichten Haufenzentrum offenbar gerade erst begonnen, während eine andere Gruppe aus rund 100 Millionen Jahre alten Sternen bereits in ihrer neuen Heimat angekommen war - etwa 1,5 Lichtjahre vom Ausgangspunkt entfernt.

"Bevor sie zu Weißen Zwergen wurden, gehörten diese Sterne zu den massereichsten Sternen in dem Haufen und hatten in etwa die Masse unserer Sonne", erläutert Elisa Antolini von der Università degli Studi di Perugia in Italien. "Uns war bekannt, dass sie, sobald sie Masse verlieren, in die Außenbereiche wandern würden. Was uns aber überrascht hat war die Tatsache, dass die jüngsten Weißen Zwerge gerade erst mit ihrer Wanderung begonnen hatten. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Sterne ihre Masse in einer späteren Phase ihres Lebens verlieren, als wir bislang angenommen haben. Das ist ein wichtiges Ergebnis."

Bislang waren die Astronomen davon ausgegangen, dass Sterne, die zu Weißen Zwergen werden, den größten Teil ihrer Masse in einer Phase verlieren, in der sie sich zu einem Roten Riesen aufblähen. Diese Phase beginnt etwa 100 Millionen Jahre vor dem Weiße-Zwerg-Stadium. Würde diese Vermutung stimmen, hätten die mit Hubble beobachteten Sterne den Zentralbereich des Haufens längst verlassen und die Wanderung schon in der Rote-Riesen-Phase eingesetzt haben müssen.

"Wir haben mit Hubble Weiße Zwerge entdeckt, die ihre Wanderung in die äußeren Bereiche gerade begonnen haben", unterstreicht Harvey Richer von der University of British Columbia. "Das bedeutet, dass die Wanderung von Sternen aus dem Zentrum - und der verursachende Masseverlust - später in der Entwicklung eines Sterns einsetzt, als man bislang gedacht hat. Diese Weißen Zwerge haben einen großen Teil ihrer Masse unmittelbar bevor sie zu Weißen Zwergen wurden verloren und nicht schon in der frühen Rote-Riesen-Phase."

Offenbar, so die Analyse der Beobachtungen, verlieren die Sterne 40 bis 50 Prozent ihrer Masse nur zehn Millionen Jahre bevor sie als Weißer Zwerg enden. Die Untersuchung dieser Wanderung der Weißen Zwerge soll nun fortgesetzt werden. 47 Tucanae ist dafür ein ideales Ziel, da der Sternhaufen uns vergleichsweise nahe ist und daher sehr viele seiner Sterne von Hubble aufgelöst werden können. 47 Tucanae liegt etwa 15.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Tukan.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.