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PU­BLI­KA­TI­ON IN NATURE ASTRONOMY

MAGIC-Te­les­kop­sys­tem beobachtet heftige Explosion auf „Vampirstern“

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Symbolbild Red Giant © https:​​/​​​​/​​superbossa.com ​​/​​MPP
Künstlerische Dar­stel­lung des Transfers von Material von ei­nem Roten Riesen zu ei­nem Weißen Zwerg. So könnte auch RS Ophiuchi vor der Nova-Explosion ausgesehen haben.

For­schen­de der TU Dort­mund haben mit den MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov)-Teleskopen auf der Kanareninsel La Palma sehr energiereiche Gammastrahlen von einer wie­der­kehren­den Nova in der Milch­straße entdeckt. Es handelt sich dabei um die erste Nova, bei der solch energiereiche Strahlungen nach­ge­wie­sen wur­den. Das Ereignis könnte neue Er­kennt­nis­se über diese Art von Explosionen und die mögliche Rolle liefern, die sie bei der Er­zeu­gung der mysteriösen hochenergetischen kos­misch­en Strahlung spielen, die unsere Milch­straße durchdringt. Die Er­geb­nisse der For­sche­r*innen wur­den jüngst in der re­nom­mier­ten Fach­zeitschrift Nature Astronomy publiziert.

Wenn ein Stern stirbt, dehnt er sich zu­nächst zu ei­nem Roten Riesenstern aus und kollabiert dann zu einer Sternenleiche, ei­nem Weißen Zwerg. Dieser besteht aus ei­nem sehr dichten Material: ein Teelöffel da­von würde etwa eine Tonne wiegen. Unter be­stimm­ten Umständen kön­nen diese Sternleichen noch einmal gi­gan­ti­sche Explosionen hervorrufen: Wenn der Weiße Zwerg einen Begleiter hat, der seinerseits in die Phase des Roten Riesen übergeht, kann der Was­ser­stoff aus den ausgedehnten äußeren Schichten des Riesen der enormen Anziehungskraft des dichten Zwergs erliegen und sich auf dessen Oberfläche ansammeln. Der „tote“ Stern entzieht dem aktiven Stern also Gas und wird deshalb auch „Vampirstern“ genannt. Vereinzelt kann es in solchen Systemen so­gar zu Kernexplosionen auf der Oberfläche kom­men, die einen Großteil des Wasserstoffs und der Fusionsprodukte ins All schleudern. Da die Explosion extrem hell ist, wird der Vorgang auch „stella nova“ (neuer Stern, kurz „Nova“) genannt. In manchen Fällen wie­der­holt sich der Gastransfer und damit auch der Nova-Aus­bruch. Das wird als wiederkehrende Nova bezeichnet.

Extrem energiereiche Gammastrahlen

Eine dieser wie­der­kehren­den Novae ist das Objekt RS Ophiuchi in unserer Milch­straße, für das die nächste Explosion im ver­gang­enen Jahr erwartet worden war. Am 8. Au­gust 2021 konn­ten Teleskope dann tatsächlich das Licht der Explosion entdecken. Einen Tag später richteten Astronom*innen der MAGIC-Kollaboration, ei­nem inter­natio­nalen Zu­sam­men­schluss von rund 160 Wis­sen­schaft­ler*innen, ih­re Teleskope auf die laufende Eruption aus. Bei den Teleskopen handelt es sich um ein System aus zwei bildgebenden Luft-Tscherenkov-Teleskopen mit 17 m Durchmesser. Dank der guten Beobachtungsbedingungen auf La Palma und der einzigartigen Empfindlichkeit des MAGIC-Sys­tems konn­ten bei der Nova extrem energiereiche Gammastrahlen nach­ge­wie­sen wer­den, die auf Beschleunigungen von Protonen zurückgeführt wer­den konn­ten. „Die Beobachtung von Himmelsobjekten bei derartig großen Energien öffnet einzigartige Fenster ins extreme Universum. Wir kön­nen so die Pro­zes­se, bei denen im Universum Teilchen auf Energien be­schleu­nigt wer­den, die deut­lich grö­ßer sind als in irdischen Ex­pe­ri­men­ten, im Detail stu­die­ren“, er­klärt Dr. Dominik Elsässer von der Fa­kul­tät Physik und Mitglied im Lenkungsausschuss der MAGIC-Kollaboration.

MAGIC-Te­les­kop­sys­tem © Urs Leutenegger
Das MAGIC-Te­les­kop­sys­tem bei der Beobachtung des Novaausbruchs von RS Ophiuchi in der Nacht der Entdeckung der sehr energiereichen Gammastrahlen (11. Au­gust 2021).

Novaausbrüche sind für sich genommen weniger energiereich als ih­re Schwestern – Supernovae, bei denen ein ganzer Stern in einer Explosion zerrissen wird – kom­men aber viel häufiger vor. Die Er­geb­nisse deuten darauf hin, dass der Großteil der hochenergetischen kos­misch­en Strahlung, die die Milch­straße durchdringt, zwar wahrscheinlich aus anderen Quellen stammt, dass aber Novae anscheinend überraschend effizient lokale Regionen mit einer Überdichte an kosmischer Strahlung in ihrer Nachbarschaft er­zeu­gen. Um solche explosiven Er­eig­nis­se vollständig zu ver­ste­hen, sind wei­tere Be­ob­ach­tun­gen er­for­der­lich. Die Arbeitsgruppen an der TU Dort­mund be­tei­li­gen sich daran ins­be­son­de­re mit Detektorsimulationen so­wie der Ent­wick­lung von in­tel­li­gen­ter Analysesoftware. Seit Januar 2022 widmen sich au­ßer­dem For­schen­de der TU Dort­mund, der Ruhr-Uni Bo­chum und der Uni­ver­si­tät Wuppertal im Son­der­for­schungs­be­reich (SFB) 1491 dem Ver­ständ­nis der Vorgänge bei der kos­misch­en Wechselwirkung von ver­schie­de­nen Materieformen. „Erst das in­ter­dis­zi­pli­nä­re Zu­sam­men­spiel aus Teil­chen­phy­sik, Astrophysik, Plasmaphysik und Da­ten­wis­sen­schaf­ten macht fundamentale Durchbrüche mög­lich“, sagt Prof. Wolfgang Rhode, Pro­fes­sor für As­tro­teil­chen­phy­sik an der TU Dort­mund und Co-Spre­cher des SFB 1491.
 

MAGIC-Website

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Vollständige Zeitschriftenreferenz: https://www.nature.com/articles/s41550-022-01640-z 
DOI: 10.1038/s41550-022-01640-z


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