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Der 1300 Lichtjahre entfernte Weisse Zwergstern zeigt Astronomen zwei höchst unterschiedliche Gesichter: Die Oberfläche der einen Hemisphäre besteht aus Helium, die Oberfläche der anderen aus Wasserstoff. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit mehreren grossen Teleskopen. Ursache für die seltsame Erscheinung seien vermutlich Magnetfelder, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt «Nature».
«Weisse Zwerge sind extrem dichte Überreste ganz normaler Sterne wie unserer Sonne», erläutern Ilaria Caiazzo vom California Institute of Technology und ihre Kollegen. «Eine Masse, so gross wie die unserer Sonne, ist bei ihnen in ein Objekt gepresst, dass etwa so gross ist wie die Erde.» In etwa fünf Milliarden Jahren, wenn unsere Sonne ihren Vorrat an Kernbrennstoff aufgebraucht hat, bläht sie sich zunächst zu einem Roten Riesenstern auf und fällt anschliessend zu einem solchen Weissen Zwerg zusammen, der über Jahrmilliarden hinweg langsam abkühlt.
Starke Schwankungen bei der Helligkeit
Der auf den Namen Janus getaufte Stern ZTF J203349.8+322901.1 – benannt nach dem römischen Gott mit den zwei Gesichtern – fiel den Forschern zuerst bei Beobachtungen mit der Zwicky Transient Facility an der Sternwarte auf dem Mount Palomar in Kalifornien auf. Dieses Teleskop sucht nach auffälligen, vorübergehenden Helligkeitsänderungen bei Sternen. Janus zeigt sehr starke Schwankungen seiner Helligkeit im Rhythmus von 15 Minuten, ein ungewöhnliches Verhalten für Weisse Zwerge. Grund genug für Caiazzo und ihre Kollegen, das Objekt mit verschiedenen Teleskopen genauer unter die Lupe zu nehmen.
Zum Einsatz kamen unter anderem das Gran Telescopio Canarias auf der Kanareninsel La Palma und eines der Keck-Teleskope auf Hawaii. Mithilfe von Spezialgeräten – Spektrometern – zerlegten die Forscher das Licht von Janus in seine Spektralfarben. Auf diese Weise können Astronomen herausfinden, aus welchen chemischen Elementen ein Himmelsobjekt besteht. Denn jedes Element sendet Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen aus. Diese Spektrallinien dienen als eine Art Fingerabdruck, um die jeweiligen Elemente zu identifizieren.
Überraschendes Ergebnis
Das Ergebnis der Beobachtungen war überraschend: Die Oberfläche von Janus besteht auf einer Seite nahezu ausschliesslich aus Helium, die der anderen Seite dagegen nur aus Wasserstoff. Bislang kannten Astronomen lediglich Weisse Zwerge, deren Oberfläche entweder aus Wasserstoff oder aus Helium besteht. «Bei der starken Schwerkraft der Weissen Zwerge sinken alle schweren Elemente in die Tiefe, oben bleibt zunächst nur Wasserstoff zurück», erläutern die Forscher. Doch wenn ein Zwergstern unter eine Temperatur von 30'000 Grad abkühle, komme es zu einer Durchmischung der oberen Schichten, und Helium dominiert deshalb bei kühleren Weissen Zwergen an der Oberfläche.
«Offenbar haben wir mit Janus gerade einen Weissen Zwerg im Moment dieses Übergangs erwischt», sagt Caiazzo. Bleibt die Frage, warum dieser Übergang auf den beiden Hemisphären des Sterns so ungleichmässig verläuft. Die Wissenschaftler vermuten, dass hier Magnetfelder am Werk sind. Denn Magnetfelder von Sternen sind oft asymmetrisch, also auf einer Seite stärker als auf der anderen. Dort, wo das Magnetfeld stärker ist, könnte es den Übergang behindern. Das Team hofft nun, mithilfe der Zwicky Transient Facility weitere doppelgesichtige Weisse Zwerge aufzuspüren und so der Entstehung des Phänomens auf die Spur zu kommen.