Eine Nova strebt nach Höherem

(PresseBox) (Innsbruck, ) Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Innsbrucker Astroteilchenphysik konnte erstmals eine Verbindung zwischen der Helligkeitsveränderung und hochenergetischer Gammastrahlung bei einem Novaausbruch herstellen. Die mit Hilfe des Weltraumteleskopes Fermi gewonnenen Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

In den Morgenstunden des 11. März beobachteten die beiden Japanischen Amateurastronomen Koichi Nishiyama and Fujio Kabashima den dramatischen Helligkeitsanstieg eines Sterns im Sternbild Schwan. Diese Veränderung konnte mit einem sogenannten symbiotischen Stern, V407 Cygnus, in Verbindung gebracht werden, der etwa 10fach heller als noch vor drei Tagen erschien. Derartige Helligkeitsveränderung sind das Charakteristikum einer klassischen Nova, also eines Phänomens, das Astronomen etwa 35 mal pro Jahr in unserer Milchstraße sehen können und das daher kaum mehr als exotisch betrachtet werden kann.

Überraschende Entdeckung

Wenige Tage später wurde jedoch bei der automatischen Prozessierung von Daten des Fermi Weltraumteleskopes eine neue Gammastrahlungsquelle in der gleichen Region festgestellt. Eine gründliche Analyse über die relevanten Zeitintervalle des Novaausbruches von V407 Cyg konnte eine Verbindung zwischen der optischen Helligkeitsveränderung und hochenergetischer Gammastrahlung zweifelsfrei herstellen: Die Gammastrahlen erschienen zeitgleich mit der Nova und somit wurde ein lang bekanntes astronomisches Phänomen jetzt auch im Lichte der hochenergetischen Gammastrahlung gesehen. Niemals zuvor war eine Assoziation von Novaausbrüchen mit Gigaelektronenvolt-Gammastrahlung beobachtet noch theoretisch vorhergesagt worden. Novae reihen sich somit in die Liste der wenigen Quellklassen am Gammastrahlungshimmel mit ein.

V407 Cygnus ist etwa 9000 Lichtjahre von uns entfernt und stellt ein Doppelsternsystem aus einem kompakten Weißen Zwerg und einem Roten Riesenstern dar. "Dieser Rote Riese hat sich bereits so ausgedehnt, dass seine äußerste Atmosphäre permanent Materie ins Weltall abströmen läßt", erklärt Olaf Reimer, Professor am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck und Mitglied im Fermi Large Area Telescope Team. "Der dabei auftretende Masseverlust entspricht in der Summe über zehn Jahre in etwa der Masse unserer Erde." Dynamik erhält dieses Phänomen durch den Partnerstern im Binärsystem: Der Weiße Zwerg fängt Teile dieses Materiestromes ein, der dort akkumuliert. Nach Jahrzehnten oder auch Jahrhunderten sammelt sich letztlich soviel Wasserstoff an, dass Temperatur und Dichte ausreichen, die Kernfusion zum Helium zu zünden. Die thermonukleare Energie aus diesem Prozess startet eine Kettenreaktion in deren Folge das zuvor akkumulierte Gas explodiert, wobei der Weiße Zwergstern jedoch intakt bleibt.

Infolge der Explosion breiten sich nun die Reaktionsprodukte unter Ausbildung einer Schockfront ins interstellare Medium aus. Im Falle von V407 Cyg expandiert diese Schockfront mit etwas mehr als 11 Millionen Kilometer pro Stunde, also etwa 1% der Geschwindigkeit des Lichtes. Die schon recht hohen Geschwindigkeiten sind, neben Ansammlungen ionisierten Gases und eingebetteten magnetischen Feldern, aber auch Ingredienzen, die zur Beschleunigung von Teilchen bis in den Gammastrahlenbereich nötig sind. "Den genauen Mechanismus können wir noch nicht zweifelsfrei beschreiben, aber die Analogie zu den großen Geschwistern der Novae, den deutlich energetischeren Supernova-Explosionen, legt nahe, dass die magnetischen Felder bei einer Nova ausreichend stark sind, derartige Teilchen einzufangen und weiterzubeschleunigen", sagt Olaf Reimer. "Die Schockfronten von Supernova-Explosionen breiten sich allerdings über Hunderttausende von Jahren im interstellaren Raum aus, was im Falle unserer Nova von V407 Cyg nicht zu erwarten ist, da sich alle Veränderungen auf deutlich kleineren Energie- und Zeitskalen vollziehen."

Möglicherweise gehört V407 Cyg aber auch zu der eher seltenen Klasse von wiederauftretenden Novae. So gibt es bemerkenswerte spektrale Ähnlichkeit mit dem letzten Nova-Ausbruch von RS Ophiuchi im Jahre 2006, wo sich derartige Ausbrüche unregelmäßig etwa alle zwanzig Jahre wiederholen.

Fermi

Am Bau der Detektoren auf Fermi und am Betrieb des Observatoriums sind neben der NASA und dem US-Energieministerium Forschungseinrichtungen in den Vereinigten Staaten, in Frankreich, Italien, Schweden, Deutschland und Japan beteiligt.

Arbeit: Gamma-Ray Emission Concurrent with the Nova in the Symbiotic Binary V407 Cygni by the Fermi-LAT Collaboration (A.A. Abdo et al.)

Weitere Informationen: http://www.nasa.gov/fermi

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