Die Sonne bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 220 Kilometern pro Sekunde um die Milchstraße, was fast einer halben Million Meilen pro Stunde entspricht. Als jedoch ein schwacher roter Stern entdeckt wurde, der sich bemerkenswert schnell über den Himmel bewegt, wurden die Wissenschaftler interessiert.

Dank der Bemühungen der Bürgerwissenschaftsinitiative Backyard Worlds: Planet 9 und einem Team von Astronomen aus dem ganzen Land wurde ein seltener hyper-schneller L-Unterzwergstern entdeckt, der durch die Milchstraße rast. Dieser Stern könnte sich auf einer Bahn befinden, die ihn aus der Milchstraße herauskatapultieren könnte. Die Forschung, die von Professor für Astronomie und Astrophysik Adam Burgasser von der University of California, San Diego, geleitet wurde, wurde heute auf einer Pressekonferenz während des 244. Nationalen Treffens der American Astronomical Society (AAS) in Madison, Wisconsin, vorgestellt.

Der Stern, liebevoll CWISE J124909+362116.0 (“J1249+36”) genannt, wurde erstmals von über 80.000 Freiwilligen im Projekt Backyard Worlds: Planet 9 bemerkt, die riesige Datenmengen überprüften, die während der letzten 14 Jahre der NASA-Mission Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) gesammelt wurden. Dieses Projekt nutzt die Fähigkeit der Menschen, Muster und Anomalien auf eine Weise zu erkennen, die mit der Computertechnologie nicht vergleichbar ist. Freiwillige markieren bewegliche Objekte in den Daten und wenn genügend Freiwillige dasselbe Objekt markieren, untersuchen Astronomen es weiter.

J1249+36 fiel sofort durch seine Geschwindigkeit am Himmel auf, die zunächst auf etwa 600 Kilometer pro Sekunde (1,3 Millionen Meilen pro Stunde) geschätzt wurde. Bei dieser Geschwindigkeit ist der Stern schnell genug, um der Schwerkraft der Milchstraße zu entkommen, was ihn zu einem potenziellen “hyper-schnellen” Stern macht.

Um die Natur dieses Objekts besser zu verstehen, wandte sich Burgasser an das W.M. Keck Observatorium in Maunakea, Hawaii, um sein Infrarotspektrum zu messen. Die Daten zeigten, dass es sich bei dem Objekt um einen seltenen L-Unterzwergstern handelt - eine Klasse von Sternen mit sehr geringer Masse und Temperatur. Unterzwerge stellen die ältesten Sterne in der Milchstraße dar.

Atmosphärenmodelle
Einblicke in die Zusammensetzung von J1249+36 wurden durch neue Atmosphärenmodelle ermöglicht, die von Roman Gerasimov, einem ehemaligen Studenten der UC San Diego, erstellt wurden, der mit dem UC LEADS-Wissenschaftler Efrain Alvarado III zusammenarbeitete, um speziell für das Studium von L-Unterzwergen angepasste Modelle zu erstellen. “Es war aufregend zu sehen, dass unsere Modelle genau dem beobachteten Spektrum entsprechen konnten,” sagte Alvarado, der seine Modellierungsarbeit auf dem AAS-Treffen vorstellt.

Die Spektraldaten, zusammen mit Bilddaten von mehreren erdbasierten Teleskopen, ermöglichten es dem Team, die Position und Geschwindigkeit von J1249+36 im Raum genau zu messen und seine Bahn durch die Milchstraße vorherzusagen. “Hier wurde die Quelle sehr interessant, da ihre Geschwindigkeit und Bahn zeigten, dass sie sich schnell genug bewegt, um potenziell der Milchstraße zu entkommen,” sagte Burgasser.

Erklärung der ungewöhnlichen Bahn
Die Forscher konzentrierten sich auf zwei mögliche Szenarien, um die ungewöhnliche Bahn von J1249+36 zu erklären. Im ersten Szenario war J1249+36 ursprünglich ein massearmer Begleiter eines Weißen Zwergs. Weiße Zwerge sind die Kerne von Sternen, die ihren nuklearen Brennstoff verbraucht und abgeschaltet haben. Wenn ein stellaren Begleiter eine sehr enge Umlaufbahn um einen Weißen Zwerg hat, kann er Masse übertragen, was zu periodischen Explosionen führt, die als Novae bezeichnet werden. Wenn der Weiße Zwerg zu viel Masse ansammelt, kann er kollabieren und als Supernova explodieren.

“Bei dieser Art von Supernova wird der Weiße Zwerg vollständig zerstört, sodass sein Begleiter befreit wird und mit der Geschwindigkeit davonfliegt, mit der er ursprünglich umkreiste, plus ein wenig zusätzlichem Schub durch die Supernova-Explosion,” sagte Burgasser. “Unsere Berechnungen zeigen, dass dieses Szenario funktioniert. Der Weiße Zwerg ist jedoch nicht mehr da und die Überreste der Explosion, die wahrscheinlich vor einigen Millionen Jahren stattfand, haben sich bereits zerstreut, sodass wir keinen endgültigen Beweis dafür haben, dass dies sein Ursprung ist.”

Im zweiten Szenario war J1249+36 ursprünglich ein Mitglied eines Kugelsternhaufens, eines fest gebundenen Sternhaufens, der durch seine kugelförmige Gestalt erkennbar ist. Die Zentren dieser Haufen sollen schwarze Löcher unterschiedlicher Masse enthalten. Diese schwarzen Löcher können auch Binärsysteme bilden, und solche Systeme können ausgezeichnete Katapulte für Sterne sein, die zu nahe kommen.

“Wenn ein Stern auf ein binäres Schwarzes Loch trifft, kann die komplexe Dynamik dieser Dreikörper-Interaktion diesen Stern aus dem Kugelsternhaufen schleudern,” erklärte Kyle Kremer, angehender Assistenzprofessor am Institut für Astronomie und Astrophysik der UC San Diego. Kremer führte eine Reihe von Simulationen durch und stellte fest, dass in seltenen Fällen diese Art von Interaktionen einen massearmen Unterzwerg aus einem Kugelsternhaufen auf eine Bahn schleudern können, die der beobachteten für J1249+36 ähnelt.

“Dies demonstriert einen Machbarkeitsnachweis,” sagte Kremer, “aber wir wissen eigentlich nicht, aus welchem Kugelsternhaufen dieser Stern stammt.” Die Rückverfolgung von J1249+36 in der Zeit versetzt es in einen sehr überfüllten Teil des Himmels, der möglicherweise unentdeckte Haufen verbirgt.

Um festzustellen, ob eines dieser Szenarien oder ein anderer Mechanismus die Bahn von J1249+36 erklären kann, sagte Burgasser, dass das Team plant, sich ihre Elementzusammensetzung genauer anzusehen. Zum Beispiel erzeugt ein explodierender Weißer Zwerg schwere Elemente, die die Atmosphäre von J1249+36 während ihrer Freisetzung “verschmutzen” könnten. Sterne in Kugelsternhaufen und den Satellitengalaxien der Milchstraße haben ebenfalls spezifische Häufigkeitsmuster, die den Ursprung von J1249+36 offenbaren könnten.

“Im Wesentlichen suchen wir nach einem chemischen Fingerabdruck, der darauf hinweist, aus welchem System dieser Stern stammt,” sagte Gerasimov, dessen Modellierungsarbeit es ihm ermöglicht, die Häufigkeit von Elementen in kühlen Sternen in mehreren Kugelsternhaufen zu messen, eine Arbeit, die er ebenfalls auf dem AAS-Treffen vorstellt.

Unabhängig davon, ob die schnelle Reise von J1249+36 durch eine Supernova, eine zufällige Begegnung mit einem binären Schwarzen Loch oder ein anderes Szenario verursacht wurde, bietet seine Entdeckung Astronomen eine neue Gelegenheit, mehr über die Geschichte und Dynamik der Milchstraße zu erfahren.

Quelle: University of California