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Astronomie : Im Griff des Weißen Zwerges

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Der massive Weiße Zwerg verbiegt das Licht seines Partners, ein roter Zwergstern. Bild: Nasa

Eigentlich suchten sie nach Exoplaneten. Doch dann stießen die Astronomen auf ein enges Doppelsternsystem, das aus einem roten Zwergstern und einem Weißen Zwerg besteht. Es zeichnet sich durch ungewöhnliche Effekt aus, die sogar Albert Einstein zum Staunen gebracht hätten.

          Seit Astronomen im Jahr 1995 einen Planeten entdeckt haben, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, sind ungefähr 900 Exoplaneten aufgespürt worden. Knapp dreihundert davon gehen auf das Konto des Weltraumteleskops Kepler, das mehr als 150 000 Sterne nach fremden Welten absucht. Hierfür nutzt die Sonde der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa das sogenannte Transitverfahren. Kepler registriert den Helligkeitsabfall, der entsteht, wenn ein Planet vor seinem Zentralstern vorüberzieht und dabei einen geringen Teil des Sternlichtes abdeckt. Beim Sichten der öffentlich zugänglichen Kepler-Daten hat jetzt eine internationale Forschergruppe ein ungewöhnliches Sternenpaar aufgespürt, bei dem die Helligkeitsschwankungen von einem relativistischen Effekt begleitet werden.

          Das „Kepler Object of Interest Number 256 (KOI-256)“, so die Bezeichnung des Duos, erschien den Wissenschaftlern um Phil Muirhead vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena zunächst als ein gewöhnliches Stern-Planeten-Paar, bei dem ein vergleichsweise großer Planet alle 1,38 Tage um einen kühlen, roten Zwergstern kreist. Die gemessene Helligkeitsabnahme (rund 2,5 Prozent) ließ auf einen Planetendurchmesser schließen, der etwa einem Sechstel des Sterndurchmessers - und damit etwa der Größe des Planeten Saturn - zu entsprechen schien. Allerdings war die Form der gemessenen Lichtkurve nicht so, wie man sie beim Durchgang eines derart großen Planeten vor seinem Zentralstern erwartet hätte. Bis ein etwa saturngroßer Planet am Anfang und am Ende des Transits den Rand des Sterns vollständig passiert hat, sollten bei der gemessenen Umlaufzeit und der daraus abgeleiteten Bahngeschwindigkeit mehr als zwölf Minuten vergehen; entsprechend langsam sollte die Helligkeit des Zentralsterns abnehmen beziehungsweise wieder zunehmen. Stattdessen dauerten Abfall und Wiederanstieg nur jeweils etwa 1,5 Minuten. Das sprach für einen deutlich kleineren Begleiter von etwa anderthalbfachem Erddurchmesser.

          Rasender Zwergstern

          Eine „Kontrollmessung“ mit dem hochauflösenden Echelle-Spektrometer am Palomar Observatory des Caltech untermauerte den Befund. Denn würde tatsächlich ein saturnähnlicher Planet den roten Zwergstern umrunden, so könnte er mit seiner geringen Masse den Zentralstern lediglich zu einer kleinen Ausgleichbewegung mit einer Geschwindigkeit von rund 80 Metern pro Sekunde zwingen. Die spektroskopischen Daten zeigten dagegen, dass der rote Zwergstern viel stärker reagiert und mit einer Geschwindigkeit von 106 Kilometer pro Sekunde um den gemeinsamen Schwerpunkt rast. Offenbar musste der Partner des roten Zwergsterns trotz seiner geringen Ausmaße eine deutlich größere Masse besitzen.

          Blick in die Sterne: Nasa-Zeichnung des „Kepler”-Teleskops
          Blick in die Sterne: Nasa-Zeichnung des „Kepler”-Teleskops : Bild: AP

          Ausgebledetes Licht

          Die Forscher um Muirhead schlossen daraus, dass der rote Zwergstern mit einem Weißen Zwerg verbandelt ist. So bezeichnen die Astronomen das Endstadium eines ursprünglich sonnenähnlichen Sterns, der seine äußere Hülle abgeblasen hat und als nackter Sternkern ohne weitere Energieproduktion langsam auskühlt. Weiße Zwerge haben typischerweise Durchmesser von einigen zehntausend Kilometern und eine Masse, die zwischen einer halben und knapp eineinhalb Sonnenmassen liegt. Das aber bedeutet, dass bei dem System KOI-256 der regelmäßige, kräftige Helligkeitsabfall nicht durch den Vorübergang eines dunklen Planeten vor dem roten Zwergstern ausgelöst wird, sondern durch das ebenso regelmäßige Verschwinden des Weißen Zwerges hinter seinem roten Partnerstern. Dabei wird dessen Anteil an der - normalerweise gemeinsam auf der Erde ankommenden - Strahlung periodisch ausgeblendet.

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