Astronomen haben zum ersten Mal die Explosion eines Sterns im Detail "gesehen"

Die Ergebnisse zeigen: Diese Phänomene sind viel komplexer als gedacht, mit mehreren Strömen ausgeworfenen Gases und in einigen Fällen mit einer spürbaren Verzögerung bei der "Rückstellung" der Hülle.

Das internationale Team nutzte die Technik der Interferometrie am CHARA (Centre for High Angular Resolution Astronomy) Array in Kalifornien. Durch die Kombination des Lichts von mehreren Teleskopen erreichten die Astronomen eine ultrahohe Winkelauflösung, die ausreichte, um den Blitz nicht nur als Punkt zu erfassen, sondern die Form und Entwicklung der Explosion buchstäblich zu "sehen".

"Diese Bilder zeigen uns aus nächster Nähe, wie die Materie während einer Explosion aus einem Stern herausfliegt", sagt Gail Schaefer, Direktorin des CHARA-Arrays an der University of Georgia. Solche kurzlebigen Ereignisse erfordern eine flexible Planung der nächtlichen Beobachtungen, um neue Objekte rechtzeitig zu erfassen, sagt sie.

Wie ein Novastern explodiert

Eine Nova entsteht, wenn ein Weißer Zwerg - ein dichter stellarer "Kern" - Materie von einem Begleitstern ansammelt und eine unkontrollierte thermonukleare Reaktion an seiner Oberfläche auslöst. Bis vor kurzem konnten die Astronomen die frühen Stadien solcher Explosionen nur indirekt beurteilen: Die sich ausdehnende Hülle sah in einem Teleskop wie eine einzelne unaufgelöste Lichtquelle aus.

Zu verstehen, wie die Materie ausgestoßen wird und kollidiert, ist wichtig, um die Schockwellen in neuen Explosionen zu erklären. Wie die Daten des Fermi-Weltraumteleskops gezeigt haben, sind es diese, die zur Quelle der hochenergetischen Gammastrahlen werden. In den ersten 15 Jahren seines Betriebs hat Fermi-LAT GeV-Emissionen von mehr als 20 Novae entdeckt, was sie zu wichtigen galaktischen Gammastrahlenquellen und potenziellen Zielen für die Multi-Messenger-Astronomie macht.

Zwei verschiedene neue - zwei Explosionsszenarien

In einer neuen Arbeit , die in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler zwei Eruptionen untersucht, die im Jahr 2021 stattfanden.

DieNova V1674 Herculis war eine der schnellsten bekanntenNovae: Sie flammte hell auf und verblasste schnell in nur wenigen Tagen.

Auf frühen Bildern, die CHARA nur 2,2 und 3,2 Tage nach dem Ausbruch aufgenommen hatte, sah das Team zwei senkrechte Gasströme - ein Zeichen dafür, dass die Explosion durch mehrere interagierende Emissionen angefacht wurde.

Bemerkenswerterweise fiel das Auftreten dieser neuen Ströme mit der Aufzeichnung von Gammastrahlen durch das Fermi-Weltraumteleskop zusammen. Dies stellt einen direkten Zusammenhang zwischen den mit dem Schock verbundenen Prozessen und der Kollision der verschiedenen Ströme ausgeworfener Materie her.

Der zweite Flare, Nova V1405 Cassiopeiae, entwickelte sich viel langsamer. Unerwarteterweise schien der Stern die äußeren Schichten mehr als 50 Tage lang zu halten, bevor er sie schließlich abwarf. Dies ist die erste eindeutige Beobachtung eines verzögerten Hüllenauswurfs. Als die Materie ausgestoßen wurde, bildeten sich erneut Schockwellen, begleitet von Gammastrahlen, die von Fermi aufgezeichnet wurden.

"Diese Beobachtungen ermöglichen es uns, die Explosion eines Sterns in Echtzeit zu beobachten", erklärt der Hauptautor Elias Aidi von der Texas Tech University. - Anstelle eines einfachen Lichtblitzes sehen wir die Komplexität des Prozesses. Es ist, als ob man von einer körnigen Schwarz-Weiß-Fotografie zu einem hochauflösenden Video übergeht."

Interferometrie und die verborgene Struktur der Explosion

Die Fähigkeit, solch feine Details zu sehen, wurde durch die Interferometrie ermöglicht, dieselbe Technik, mit der das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie erstmals abgebildet wurde.

Die aufgelösten Bilder von CHARA ergänzten die Spektren, die von großen Observatorien wie den Gemini-Teleskopen gewonnen wurden. Die Spektraldaten zeigten, wie sich der "Fingerabdruck" des ausgestoßenen Gases mit der Zeit verändert. Das Auftreten neuer Komponenten im Spektrum stimmte mit dem Auftreten von Strukturen in den interferometrischen Bildern überein, was das Muster der Strömung und der Strömungskollisionen eindeutig bestätigte.

"Dies ist ein großer Schritt nach vorn", sagte der Mitautor der Studie, John Monnier, Professor an der University of Michigan und Experte für interferometrische Methoden. - Die Tatsache, dass wir jetzt die Explosion eines Sterns beobachten und sofort die Struktur der ausgestoßenen Materie erkennen können, ist wirklich erstaunlich. Es öffnet ein neues Fenster für die Untersuchung der dramatischsten Ereignisse im Universum."

Was dies für die Sternenphysik bedeutet

Die Ergebnisse offenbaren nicht nur eine unerwartete Komplexität von Neuem, sondern helfen auch, den Ursprung der starken Schockwellen zu erklären, die Gammastrahlen erzeugen. Laut Professor Laura Homiuk von der University of Michigan, einer weiteren Mitautorin der Studie, sind Novae "mehr als nur ein Feuerwerk in unserer Galaxie":

"Sie sind extreme Physiklabore. Wenn wir sehen, wie und wann Materie ausgestoßen wird, können wir die thermonuklearen Reaktionen auf der Oberfläche eines Weißen Zwerges, die Geometrie des Ausstoßes und die hochenergetische Strahlung, die wir aus dem Weltraum erkennen, miteinander in Verbindung bringen."

Die neuen Daten stellen die lange Zeit vorherrschende Ansicht in Frage, dass es sich bei einer Novaeruption um einen einzelnen, kurzen Impuls handelt. Stattdessen weisen sie auf eine Vielzahl von Auswurfszenarien hin - von mehreren Strömen bis hin zum verzögerten Abwurf der Hülle - die unser Verständnis dieser kosmischen Explosionen verändern.

"Dies ist erst der Anfang", betont Aidy. - Wenn sich Beobachtungen wie diese häufen, werden wir vielleicht endlich in der Lage sein, die großen Fragen darüber zu beantworten, wie Sterne leben und sterben und wie sie ihre Umgebung beeinflussen. Novas, die einst wie einfache Fackeln aussahen, entpuppen sich als viel reicher und interessanter als wir dachten."