Astronomen haben einen weißen Zwergstern mit einem ungewöhnlich blauen Farbton entdeckt, der zwei unterschiedliche „Gesichter“ hat: eines ist Wasserstoff und das andere ist Helium neues Blatt Veröffentlicht in der Zeitschrift Nature. Natürlich nannten sie sie den Star doppelseitignach dem zweigesichtigen römischen Gott der Dualität und Transmigration.

Wie bereits erwähnt, ist ein Weißer Zwerg im Wesentlichen der brennende Kern eines toten Sterns. Einer der ersten entdeckten Weißen Zwerge, genannt 40 Eridani geb, mit einer Dichte, die mehr als 25.000-mal so groß ist wie die der Sonne, verpackt in einem viel kleineren Volumen (ungefähr so ​​groß wie die Erde) – eine Beobachtungsschlussfolgerung, die Astronomen zunächst für unmöglich hielten. Der zweite Weiße Zwerg, Sirius b, umkreist den Stern Sirius), wurde kurz darauf entdeckt und schien unglaublich dicht zu sein (ungefähr 200.000-mal so dicht wie die Erde).

Diese intensive Dichte ist auf den ungewöhnlichen Mechanismus zurückzuführen, der hinter dem Innendruck des Sterns steckt, der verhindert, dass er unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabiert. Normale Sterne sind auf die Energie angewiesen, die bei der Kernfusion freigesetzt wird, aber bei Weißen Zwergen stoppte die Fusion. Die Schwerkraft hat also die gesamte Materie des Sterns so stark komprimiert, dass seine Elektronen zusammenprallten und „Elektronenentartete MaterieDies geschieht insbesondere aufgrund der Quantenmechanik Pauli-Ausschlussprinzip, was besagt, dass sich nur zwei Elektronen auf demselben Energieniveau befinden können. Normale Gase verstoßen nicht gegen dieses Prinzip, da zwischen den Elektronen genügend Platz vorhanden ist, um zu verhindern, dass sich alle Energieniveaus in den Atomen füllen. Aber in einem entarteten Gas sind die Elektronen tun Alle Energieniveaus füllen sich und dies führt dazu, dass eine äußere Druckkraft den Kollaps des Sterns stoppt.

Je mehr Masse ein Weißer Zwerg hat, desto kleiner wird er sein, da er genügend Innendruck erzeugen muss, um die gesamte Masse zu tragen. Da die Oberflächengravitation des Sterns 100.000 Mal so groß ist wie die der Erde, sinken die schwereren Atome in seine Atmosphäre und hinterlassen leichtere Atome auf der Oberfläche. Daher besteht die Atmosphäre eines Weißen Zwergs normalerweise aus reinem Wasserstoff oder reinem Helium.

Deshalb ist diese neueste Entdeckung eines Weißen Zwergs so faszinierend. Die Astronomin Ilaria Caiazzo, Postdoktorandin am Caltech, entdeckte Janus (offiziell als ZTF J203349.8+322901.1 bezeichnet) während der Nutzung Zwicky Transit Facility (ZTF) auf der Suche nach stark magnetisierten Weißen Zwergen. Die ZTF ist eine Roboterkamera, die am 70 Jahre alten Samuel-Oschin-Teleskop angebracht ist Palomar-Observatorium im San Diego County. Das ZTF führt automatisierte Untersuchungen des Nachthimmels durch und sucht nach Objekten, die explodieren oder in der Helligkeit variieren: zum Beispiel Supernovae, Sterne, die von Schwarzen Löchern getroffen werden, Asteroiden und Kometen. Es scannt drei Nächte lang den gesamten Himmel und zweimal jede Nacht die sichtbare Ebene der Galaxie.

Folgebeobachtungen mit dem CHIMERA-Instrument in Palomar und am spanischen Gran Telescopio Canarias ergaben, dass sich Janus etwa alle 15 Minuten um seine Achse dreht. Aber es waren Beobachtungsdaten vom WM-Keck-Observatorium auf Hawaii, die das ungewöhnliche Spektrum des Sterns enthüllten, also seine charakteristische chemische Signatur: Eine Seite ist Wasserstoff, die andere ist Helium. Kiazuo und ihre Kollegen glauben, dass es sich hierbei um einen Weißen Zwerg handeln könnte, der sich mitten in einem seltenen Übergang von Wasserstoff zu einer von Helium dominierten Oberfläche befindet.

Dies erklärt jedoch nicht, warum sich eine Seite schneller bewegt als die andere. Astronomen haben derzeit zwei Hypothesen, um dieses seltsame Phänomen zu erklären, und beide hängen mit Magnetfeldern zusammen. Man vermutet, dass die Magnetfelder von Janus asymmetrisch sein könnten. „Magnetfelder können eine Materialvermischung verhindern“ sagte Caiazzo. „Wenn also das Magnetfeld auf einer Seite stärker ist, kommt es auf dieser Seite zu weniger Durchmischung und damit zu mehr Wasserstoff.“ Vielleicht scheint die Heliumseite von Janus so sprudelnd zu sein, weil die Konvektion die dünne Wasserstoffschicht von der Oberfläche entfernt hat und darunter Helium zum Vorschein kommt.

Das andere ist, dass die Magnetfelder des Sterns den Druck und die Dichte atmosphärischer Gase verändern können. „Die Magnetfelder können den Gasdruck in der Atmosphäre senken, und dies könnte dazu führen, dass sich Wasserstoffozeane dort bilden, wo die Magnetfelder am stärksten sind.“ sagte Co-Autor James Fuller, ein theoretischer Astrophysiker am Caltech. „Wir wissen nicht, welche dieser Theorien richtig ist, aber wir können uns keine andere Möglichkeit vorstellen, die asymmetrischen Aspekte ohne Magnetfelder zu erklären.“

Der nächste Schritt besteht darin, weitere zweiseitige Weiße Zwerge zu lokalisieren, was leichter zu erreichen sein dürfte, wenn das Vera C. Rubin Observatory zusammen mit dem Sloan Digital Fifth Sky Survey online geht. Weniger extreme spektrale Unterschiede haben Astronomen bereits bei einem anderen Weißen Zwerg (GD 323) beobachtet. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass „Janus möglicherweise kein Einzelfall ist, sondern eher das auffälligste Mitglied der Klasse der zweigesichtigen Weißen Zwerge.“

DOI: Natur, 2023. 10.1038 / s41586-023-06171-9 (über DOIs).

Listingbild von K. Miller/Caltech/IPAC