"Wenn Sterne wie unsere Sonne ihren Brennstoff verbraucht haben, schrumpfen sie zu Weißen Zwergen. Manchmal zucken solche Objekte in einer superheißen Explosion noch einmal auf und produzieren einen Feuerball aus Röntgenstrahlung", so die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Einen solchen Ausbruch im Röntgenlicht konnte ein Forschungsteam unter Führung der FAU jetzt zum ersten Mal direkt beobachten, heißt es in einer Mitteilung. „Dabei kam uns auch der Zufall zu Hilfe“, so Ole König vom Astronomischen Institut der FAU in der Dr. Karl Remeis-Sternwarte Bamberg, der gemeinsam mit dem FAU-Astrophysiker Prof. Dr. Jörn Wilms und dem Forschungsteam bestehend aus dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, der Eberhard Karls Universität Tübingen, der Universitat Politécnica de Catalunya in Barcelona und dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam in der renommierten Fachzeitschrift Nature über die Beobachtung berichtet.

„Solche Röntgenblitze lassen sich kaum vorhersagen, dauern nur wenige Stunden und das Beobachtungsinstrument muss in dieser Zeit auf den Ausbruch zielen“, so der Astrophysiker. Bei diesem Instrument handle es sich um das eROSITA-Röntgen-Teleskop, das eineinhalb Millionen Kilometer von der Erde entfernt seit 2019 den Himmel nach weichen Röntgenstrahlen durchmustere.

Dabei sei am 7. Juli 2020 starke Röntgenstrahlung in einem Bereich des Himmels gemessen worden, der vier Stunden vorher noch völlig unauffällig gewesen war. Als das Röntgen-Teleskop vier Stunden später die gleiche Stelle am Himmel erneut musterte, sei diese Strahlung wieder verschwunden gewesen. Weniger als acht Stunden habe der Röntgenblitz also gedauert, der vorher das Zentrum des Detektors völlig überbelichtet hatte.

"Solche Röntgen-Ausbrüche hatten theoretische Überlegungen bereits vor mehr als 30 Jahren vorgesagt. Sie waren bisher aber noch nie direkt beobachtet worden. Diese Feuerbälle aus Röntgenstrahlen entstehen auf der Oberfläche von Sternen, die eine ähnliche Größe wie unsere Sonne hatten, bevor sie ihre Brennstoffvorräte aus Wasserstoff und später aus Helium tief in ihrem Inneren weitgehend verbraucht hatten", erklärt die Uni. 

Diese alten Sterne schrumpften sehr stark zusammen, bis ein „Weißer Zwerg“ übrigbleibe, der ähnlich groß wie die Erde sei, aber eine Masse enthalte, die ähnlich groß wie unsere Sonne sein kann. „Diese Verhältnisse kann man sich an einem Beispiel gut vorstellen“, so Jörn Wilms: „Stellt man sich die Sonne in der Größe eines Apfels vor, hätte die Erde die Dimension eines Stecknadelkopfes, der in zehn Metern Entfernung um den Apfel kreist.“

Verkleinere man wiederum einen Apfel auf die Größe eines Stecknadelkopfes, behalte dieses winzige Teilchen das vergleichsweise riesige Gewicht des Apfels. „Ein Teelöffel Materie aus dem Inneren eines Weißen Zwergs hat daher leicht die Masse eines Lastkraftwagens“, so Jörn Wilms weiter.

Weil diese ausgebrannten Sterne hauptsächlich aus Sauerstoff und Kohlenstoff bestünden, ähneln sie laut Uni einem ebenfalls aus Kohlenstoff bestehenden riesigen Diamanten, der die Größe der Erde habe und im Weltraum schwebe. Diese Objekte in Form eines Edelsteins seien zwar immer noch heiß und leuchten daher weiß. Nur sei diese Strahlung schwach und lasse sich daher von der Erde aus gesehen kaum entdecken. 

Es sei denn, der alte Stern werde von einem Stern begleitet, in dem das Sonnenfeuer noch brennt und von dem dann Material auf ihn übergehen kann. „Dieser Wasserstoff kann sich mit der Zeit zu einer nur wenige Meter dicken Schicht auf der Oberfläche der Sternenleiche sammeln“, so FAU-Astrophysiker Jörn Wilms.

In dieser Schicht aber erzeuge die riesige Schwerkraft einen gigantischen Druck, der so groß werden könne, dass dort das Sternenfeuer wieder zünde. In einer Kettenreaktion entstehe rasch eine riesige Explosion, in der die Wasserstoffschicht wieder abgesprengt werde. Die Röntgenstrahlung einer solchen Explosion habe dann am 7. Juli 2020 die Detektoren von eROSITA getroffen und überbelichtet.

„Mit Modellrechnungen, mit denen wir ursprünglich die Entwicklung des Röntgen-Instruments begleitet hatten, konnten wir dann in einer aufwändigen Arbeit das eigentlich überbelichtete Bild genauer analysieren und so erstmals einen Blick hinter die Kulissen einer solchen „Nova“ genannten Explosion eines Weißen Zwergs werfen“, schildert Jörn Wilms in der Mitteilung. 

Nach diesen Ergebnissen sollte der Weiße Zwerg ungefähr die Masse unserer Sonne haben und damit relativ groß sein. "Bei der Explosion entstand ein 327.000 Grad heißer Feuerball, der damit rund sechzigmal wärmer als unsere Sonne war."

Weil bei solchen Novae der Energie-Nachschub fehle, kühlten sie rasch aus, und die Röntgenstrahlung werde weicher, bis sie schließlich zu sichtbarem Licht werde, das einen halben Tag nach der eROSITA-Entdeckung auch die Erde erreicht habe und mit optischen Teleskopen beobachtet worden sei. „Es tauchte dann ein scheinbar heller Stern auf, der sogar mit dem Auge sichtbar war“, so Ole König.

Solche scheinbaren „neuen Sterne“ seien auch früher schon beobachtet und wegen ihres unverhofften Auftauchens „Nova Stella“ genannt worden, was „neuer Stern“ bedeute. Weil diese Nova aber erst nach dem Röntgenblitz sichtbar wird, sei eine Vorhersage für solche Ausbrüche sehr schwierig, die daher eher zufällig die Röntgen-Detektoren treffen. „Da hatten wir wirklich Glück“, so Ole König.