Weißer Zwerg im Herzen des Helixnebels. (NASA/CXC/JPL-Caltech/SSC/STScI/ESA/NRAO/K. Su) Wir verstehen vieles über Weiße Zwerge nicht, aber für ein Rätsel könnte es endlich eine Lösung geben: Wie kommt es, dass einige dieser kosmischen Objekte wahnsinnig starke Magnetfelder haben?
Neuen Berechnungen und Modellierungen zufolge können diese superdichten Objekte über einen magnetosphärenerzeugenden Dynamo verfügen – die stärksten Magnetfelder der Weißen Zwerge, eine Million Mal stärker als die der Erde, treten jedoch nur in bestimmten Kontexten auf.
Die Forschung löst nicht nur mehrere seit langem bestehende Probleme, sondern zeigt auch einmal mehr, dass sehr ähnliche Phänomene in völlig unterschiedlichen astronomischen Objekten beobachtet werden können und dass das Universum manchmal sich selbst ähnlicher ist, als wir zunächst denken könnten.
Weiße Zwerge sind das, was wir umgangssprachlich „tote“ Sterne nennen. Wenn ein Stern mit weniger als etwa der achtfachen Sonnenmasse das Ende seiner Lebensdauer erreicht und ihm die dafür geeigneten Elemente ausgegangen sind Kernfusion , es stößt sein äußeres Material aus. Der verbleibende Kern kollabiert zu einem Objekt mit weniger als der 1,4-fachen Masse der Sonne, verpackt in einer Kugel von der Größe der Erde.
Das resultierende Objekt, das mit restlicher Wärmeenergie hell leuchtet, ist ein Weißer Zwerg und unglaublich dicht. Nur ein einziger Teelöffel Weißer-Zwerg-Material würde etwa 15 Tonnen wiegen, was bedeutet, dass es nicht unangemessen wäre anzunehmen, dass sich das Innere dieser Objekte stark vom Inneren von Planeten wie der Erde unterscheiden würde.
Astrophysiker haben versucht herauszufinden, wie Weiße Zwerge starke Magnetfelder haben können, die bis zu etwa eine Million Mal stärker sind als die der Erde. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Sonne ist doppelt so stark wie das der Erde – also muss bei den Weißen Zwergen etwas Ungewöhnliches vor sich gehen.
Allerdings wird es etwas knifflig. Nur manche Weiße Zwerge haben starke Magnetfelder. Weiße Zwerge in getrennten Doppelsternsystemen – in denen keiner der Sterne den Raumbereich überschreitet, in dem Sternmaterial durch die Schwerkraft gebunden ist, bekannt als Roche-Lappen –, die weniger als eine Milliarde Jahre alt sind, verfügen nicht über diese Magnetfelder.
Aber bei Weißen Zwergen in Doppelsternsystemen, bei denen einer der Sterne aus seinem Roche-Lappen heraustritt und der Weiße Zwerg durch die Schwerkraft Material von seinem masseärmeren Begleiter absaugt, weisen mehr als ein Drittel dieser Sterne starke Magnetfelder auf. Und auch in älteren Doppelsternsystemen tauchen einige stark magnetische Weiße Zwerge auf.
Sternentwicklungsmodelle konnten nicht erklären, wie dies geschieht, daher wählte ein internationales Team von Astrophysikern einen anderen Ansatz und schlug einen Kerndynamo vor, der sich im Laufe der Zeit und nicht zum Zeitpunkt der Entstehung des Weißen Zwergs entwickelt.
Dieser Dynamo wäre eine rotierende, konvektive und elektrisch leitende Flüssigkeit, die kinetische Energie in magnetische Energie umwandelt und so ein Magnetfeld in den Weltraum schleudert. In Der Fall der Erde , Konvektion wird durch flüssiges Eisen erzeugt, das sich um den Kern bewegt.
„Wir wissen seit langem, dass in unserem Verständnis der Magnetfelder in Weißen Zwergen etwas fehlt, da die aus den Beobachtungen abgeleiteten Statistiken einfach keinen Sinn ergeben.“ sagte der Physiker Boris Gänsicke der University of Warwick im Vereinigten Königreich.
„Die Idee, dass das Feld zumindest in einigen dieser Sterne von einem Dynamo erzeugt wird, kann dieses Paradoxon lösen.“
Wenn sich ein Weißer Zwerg unmittelbar nach dem Verlust seiner äußeren Hülle bildet, ist er sehr heiß und besteht aus flüssigem Kohlenstoff und Sauerstoff. Dem Modell des Teams zufolge erzeugt die nach außen entweichende Wärme beim Abkühlen und Kristallisieren des Kerns des Weißen Zwergs Konvektionsströme, die der Art und Weise, wie sich Flüssigkeit im Inneren der Erde bewegt, sehr ähnlich sind und einen Dynamo erzeugen.
„Da die Geschwindigkeiten in der Flüssigkeit in Weißen Zwergen viel höher sein können als auf der Erde, sind die erzeugten Felder möglicherweise viel stärker.“ erklärte Physiker Matthias Schreiber der Technischen Universität Federico Santa María in Chile.
„Dieser Dynamomechanismus kann die Häufigkeit des Auftretens stark magnetischer Weißer Zwerge in vielen verschiedenen Zusammenhängen erklären, insbesondere die von Weißen Zwergen in Doppelsternen.“
Während der Weiße Zwerg abkühlt und altert, rückt seine Umlaufbahn mit seinem binären Begleiter immer näher. Wenn der Begleiter seinen Roche-Lappen überschreitet und der Weiße Zwerg beginnt, Material anzusammeln, erhöht sich die Spinrate des Weißen Zwergs; Diese schnellere Rotation wirkt sich auch auf den Dynamo aus und erzeugt ein noch stärkeres Magnetfeld.
Wenn dieses Magnetfeld stark genug ist, um sich mit dem Magnetfeld des binären Begleiters zu verbinden, übt der binäre Begleiter ein Drehmoment aus, das dazu führt, dass seine Umlaufbewegung mit dem Spin des Weißen Zwergs synchronisiert wird, was wiederum dazu führt, dass sich der binäre Begleiter von seinem Roche-Lappen löst , wodurch das System zu einer getrennten Binärdatei zurückgeführt wird. Dieser Vorgang wird sich irgendwann wiederholen.
Wahrscheinlich ist ein anderer Mechanismus erforderlich, um die stärksten Magnetfeldstärken der Weißen Zwerge zu erklären, aber im Moment stimmen die Ergebnisse des Teams mit den Beobachtungen überein. Weiße Zwerge in freistehenden Doppelsternsystemen sind älter als eine Milliarde Jahre und erlebten bereits zuvor einen Massentransfer in einem halb freistehenden Stadium, das durch das Auftreten eines wilden Magnetfelds unterbrochen wurde.
Wenn das Modell des Teams korrekt ist, werden zukünftige Beobachtungen von Weißen Zwergen weiterhin mit ihren Ergebnissen übereinstimmen.
„Das Schöne an unserer Idee ist, dass der Mechanismus der Magnetfelderzeugung der gleiche ist wie bei Planeten“, sagte Schreiber .
„Diese Forschung erklärt, wie Magnetfelder in Weißen Zwergen erzeugt werden und warum diese Magnetfelder viel stärker sind als die auf der Erde.“ Ich denke, es ist ein gutes Beispiel dafür, wie ein interdisziplinäres Team Probleme lösen kann, mit denen Spezialisten in nur einem Bereich Schwierigkeiten gehabt hätten.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .