Hubble löst Rätsel um Weiße Zwerge

Weiße Zwerge sind das evolutionäre Endprodukt der überwiegenden Mehrheit von Sternen im Universum. Sie haben elektronenentartete Strukturen und kühlen im Laufe der Zeit stark ab. Mit der Beobachtung der Abkühlungsrate bestimmte man bisher auch das Alter mehrerer galaktischer Populationen per Modell. Doch diese Modelle werden nun aufgrund von Bildern, die mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen worden sind, in Frage gestellt.

"Einige Modelle für langsam abkühlende Weiße Zwerge wurden in der Vergangenheit berechnet, aber dies ist das allererste Mal, dass wir einen bestimmten Effekt beobachtet haben", erklärte Francesco Ferraro, Astrophysiker an der Universität Bologna, der die Erforschung der Sterne koordiniert, gegenüber Cnet. Astrophysiker*innen unter Ferraros Leitung haben dazu am Montag in „Nature Astronomy“ eine neue Publikation eingereicht.

Abkühlprozess langsamer als bisher angenommen

"Unsere Entdeckung legt nahe, dass wir bei der Verwendung von Kühlsequenzen von Weißen Zwergen künftig sehr vorsichtig sein müssen“, sagt Ferraro. Die Forscher*innen haben hochauflösende photometrische Daten aus dem Hubble-Teleskop von zwei sehr ähnlichen galaktischen Kugelsternhaufen analysiert und dabei einen „klaren und unerwarteten Überschuss an hellen Weißen Zwergen in einem der beiden Kugelsternhaufen entdeckt. Das bedeutet, dass in diesem einen Kugelsternhaufen der Abkühlprozess der Weißen Zwerge bei rund 70 Prozent dieser verlangsamt ist.

Weiße Zwerge sind die letzte Entwicklungsstufe von Sternen mit geringer Masse und werden manchmal als „nackter“ Kern eines ehemals lodernden Sterns bezeichnet. Bevor ein Stern das Reich der Weißen Zwerge betritt, energetisiert er sich selbst, indem er Wasserstoff mit dem etwas schwereren Element Helium verschmilzt. Sobald kein Wasserstoff mehr vorhanden ist, verschmilzt er das Helium zu noch schwereren Elementen. Während der sekundären Fusion werden die äußeren Materiehüllen der Sterne freigesetzt.

Davon hatte Hubble auch bisher in prächtigen, farbenfrohen Bildern eingefangen. Hinterlassen werden Weiße Zwerge, nackte Sternenleichen. "Ohne jede Energiequelle kann ein Stern nur abkühlen und seine Leuchtkraft schrittweise abschwächen", sagte Ferraro.

Was die Hubble-Bilder gezeigt haben

Die Hubble-Bilder haben nun aber gezeigt, dass Weiße Zwerge in einem bestimmten Kugelsternhaufen von einer dünne Restschicht aus Wasserstoff umgeben sind, die einen Energieschub liefert. Die langsamere Abkühlung ist auf ein stabiles, thermonukleares Brennen in ihrer wasserstoffreichen Hülle zurückzuführen, vermuten die Astrophysiker*innen nun.

„Diese Entdeckung ändert die Definition von Weißen Zwergen, die wir derzeit unseren Schüler*innen beibringen“, so Ferarro. Warum die Weißen Zwerge ihre äußere Hülle behalten ist darauf zurückzuführen, dass sie einen Schritt überspringen, der die Mischung der Elemente während ihres Abbaus beinhaltet. Damit werden normalerweise die letzten Wasserstoffstücke verbrannt.

Die Konsequenz: Mehrere Altersschätzungen von Weißen Zwergen könnten völlig falsch sein und da diese zur Bestimmung des Alters des Universums verwendet worden waren, könnte man hier in mehreren Fällen ordentlich daneben liegen.