Astrophysik: Neues Phänomen bei weißen Zwergsternen entdeckt

Die Entdeckung eines Forschungsteams erneuert das Weltraum-Wissen um weiße Zwergsterne. Zudem zeigt es, dass die bisherige Altersbestimmung von Sternen inkorrekt ist.

Artikel veröffentlicht am 11. März 2024, 10:03 Uhr, Patrick Klapetz

Der weiße Zwergstern LAWD 37 wurde vom Weltraumteleskop Hubble aufgenommen. (Symbolbild) (Bild: NASA, ESA, P. McGill (Univ. of California, Santa Cruz and University of Cambridge), K. Sahu (STScI), J. Depasquale (STScI))

Weiße Zwerge werden allgemein als tote Sterne angesehen, die im Laufe der Zeit kontinuierlich abkühlen. Auch unsere Sonne wird als weißer Zwergstern enden, nachdem sie als roter Riese ihre äußere Hülle abgesprengt hat. Es gibt jedoch weiße Zwerge, die auf mysteriöse Weise aufhören, weiter abzukühlen. Eine Forschungsgruppe der Universität Warwick (Großbritannien), dem Institut für Höhere Studien in Princeton (USA) und der Universität von Victoria (Kanada) weiß jetzt, warum das so ist.

In den Daten des Gaia-Satelliten der europäischen Raumfahrtbehörde Esa wurde im Jahr 2019 eine Population von weißen Zwergen entdeckt, die sich seit mehr als acht Milliarden Jahren nicht mehr abgekühlt haben. Vermutlich können einige dieser Sterne erheblich mehr Energie erzeugen, als die Fachwelt bisher annahm.

Schwimmende Kristalle stoppen die Abkühlung

Über 97 Prozent der Sterne in der Milchstraße werden irgendwann zu weißen Zwergen. Seit langem geht die Fachwelt davon aus, dass sich diese Sterne am Ende ihres Lebens befinden. Nachdem ihre nukleare Energiequelle erschöpft ist, stellen sie die Wärmeproduktion ein und kühlen ab. Das dichte Plasma in ihrem Inneren gefriert dann zu einem festen Zustand und der Stern erstarrt von innen heraus. Dieser Abkühlungsprozess kann Milliarden von Jahren dauern.

Bei einigen weißen Zwergen gefriert das dichte Plasma im Inneren nicht einfach von innen nach außen. Stattdessen sind die festen Kristalle, die sich beim Gefrieren bilden, weniger dicht als die Flüssigkeit und wollen daher schweben. Während die Kristalle nach oben schweben, verdrängen sie die schwerere Flüssigkeit nach unten.

Der Transport des schwereren Materials zum Zentrum des Sterns setzt Gravitationsenergie frei. Diese Energie reicht aus, um den Abkühlungsprozess des Sterns für Milliarden von Jahren zu unterbrechen.

Transportmechanismus: Ein neues astrophysikalisches Phänomen

Zum ersten Mal wurde dieses völlig neue astrophysikalische Phänomen, dieser Transportmechanismus, bei einer beliebigen Art von Stern beobachtet. Vermutlich liegt der Grund dafür in der Zusammensetzung des Sterns. Einige weiße Zwerge entstehen durch die Verschmelzung von zwei verschiedenen Sternen, erklärt das Forschungsteam. Die Zusammensetzung dieser Sterne ändert sich, wenn sie kollidieren. Dies soll die Bildung von schwebenden Kristallen ermöglichen.

Je kühler ein weißer Zwerg ist, desto älter wird er angenommen – bisher ein routinemäßiger Altersindikator. Aufgrund der zusätzlichen Verzögerung bei der Abkühlung, die bei einigen weißen Zwergen auftritt, können einige Sterne mit einer bestimmten Temperatur jedoch Milliarden von Jahren älter sein als bisher angenommen. Sie leuchten dann so hell wie normale Sterne, was die Altersbestimmung und die Verwendung von weißen Zwergen zur Rekonstruktion der Entstehung unserer Galaxie erschwert.

Zur Studie

Die Forschungsarbeit erschien am 6. März 2024 in der Fachzeitschrift Nature: Buoyant crystals halt the cooling of white dwarf stars (Schwimmende Kristalle stoppen die Abkühlung von weißen Zwergsternen).