Am 11. März 1437 beobachtete eine Gruppe königlicher Astronomen in einem Observatoriumsturm in Seoul, Korea, wie ein strahlend weißer Blitz den Nachthimmel erhellte. Einer der fünf Beobachter notierte akribisch, was er sah: „Es begann, einen Gaststern zwischen dem zweiten und dritten Stern von Wei [Scorpius] zu sehen. Es dauerte 14 Tage.“
Verwandte Inhalte
- Wie Eclipse Anxiety dazu beigetragen hat, den Grundstein für die moderne Astronomie zu legen
- Das meiste Lithium im Universum ist in explodierenden Sternen geschmiedet
Obwohl sie es damals nicht wussten, kam der schimmernde „Gaststar“ von einem Ereignis, das heftiger war, als der Name vermuten lässt: eine Nova-Explosion. Jetzt haben moderne Astrophysiker unter Verwendung der koreanischen Aufzeichnungen und Glasfotografietafeln der Harvard University den Stern wiederentdeckt und zum ersten Mal den Lebenszyklus eines Doppelsternsystems rekonstruiert.
"Die wirkliche Neuerung in dieser Studie ist, dass wir eine unbestreitbare und außerordentlich genaue Uhr haben", sagt Michael Shara, Hauptautor der Studie und Astrophysiker am American Museum of Natural History. „In der Astronomie misst man fast nie etwas mit einer Genauigkeit von mehr als 20 oder 30 Prozent. Hier wissen wir, was mit dem Tag passiert. “
Die Studie, die am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, befasst sich mit der Entwicklung eines binären Systems, einer himmlischen Paarung, bei der zwei Sterne so nahe beieinander liegen, dass sie sich aufgrund ihrer Schwerkraft gegenseitig umkreisen. Rund 70 Prozent der Stars fallen in diese Kategorie, und ihre Beziehung ist alles andere als friedlich. Der größere der beiden Sterne ist ein weißer Zwerg, ein superdichter Stern mit einer Masse, die nicht höher als das Achtfache unserer Sonne ist. (In der Tat wird unsere Sonne wahrscheinlich in 5 Milliarden Jahren ein weißer Zwerg sein.)
"Wenn Sie auf einem weißen Zwerg stünden, würden Sie zu einem Ölteppich zusammengedrückt", sagt Josh Grindlay, Mitautor der Studie und Hauptforscher des Projekts "Digital Access to a Sky Century @ Harvard" (DASCH).
Der langjährige Begleiter des Weißen Zwerges ist dagegen ein kleinerer, wasserstoffverbrennender Roter Zwerg. Der Weiße Zwerg kannibalisiert gnadenlos seinen Partner, saugt Materie ab und sammelt sie in einem Ring um seine Atmosphäre. Dieser Lichthof aus superschneller Materie wird als „Akkretionsscheibe“ bezeichnet. Gelegentlich steigt die Materiemenge, die vom kleineren Stern zum hungrigen Partner fließt, so stark an, dass der weiße Zwerg dramatisch aufleuchtet, wie eine Taschenlampe, die sich plötzlich einschaltet. Dies wird als "kataklysmische Variable" bezeichnet.
Was koreanische Astronomen vor fast 600 Jahren beobachteten, war jedoch noch dramatischer. Sie sahen eine sogenannte Nova, bei der die Materie, die sich in der Atmosphäre des Weißen Zwergs ansammelt, eine kritische Masse erreicht und eine Kette von Kernreaktionen auslöst, die bis zu 1 Million Mal heller als die Sonne werden. Im Gegensatz zu einer Supernova explodiert ein Stern, der einer Nova ausgesetzt ist, nicht vollständig. Nur seine Atmosphäre tut es. Der Weiße Zwerg schlüpft schließlich wieder in einen „Winterschlaf“ und nippt an der Materie seines Partners. In diesem Zustand ist die einzige Spur seines gewaltsamen Ausbruchs eine Wolke ausgestoßener Materie, die als Muschel bekannt ist.
„Novae werden oft als die drittgrößte energetische Explosion im Universum beschrieben - erstens als Urknall und zweitens als Supernova- und Gammastrahlenexplosion“, sagt Jeremy Drake, leitender Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Bisher waren sich die Forscher nicht sicher, ob Novae und kataklysmische Variablen im selben System vorkommen oder ob einige Systeme Novae produzieren, während andere kataklysmische Variablen bleiben. „Die Tatsache, dass wir dieses spezielle Nova-Ereignis anhand der koreanischen Beobachtungen zurückverfolgen können und feststellen können, dass dieser Stern jetzt ein normales Verhalten kataklysmischer Variablen durchläuft, ist ein fehlendes Teil des Puzzles Folgen “, sagt Drake.
Für Shara ist die Offenbarung noch erfreulicher. Seit 30 Jahren sucht er nach physischen Beweisen für seine Hypothese, dass sich Binärsysteme wie „Schmetterlinge und Raupen“ in einem Evolutionszustand befinden. Nachdem er an einem etwas anderen Ort als erwartet gesucht hatte, fand er schließlich - oder besser gesagt, wiederentdeckt - Dieser weiße Zwerg sitzt in seiner Nova-Hülle. Und mit den Glastafeln von DASCH, mit denen Harvard-Astronomen und „Computer“ 100 Jahre lang den Himmel fotografierten, konnte Shara 1934, 1935 und 1935 denselben Stern durch Zwergnova-Ausbrüche (diese Momente flackernden Lichts) sehen 1942.
Für diese beeindruckende Entdeckung sind wir den königlichen Beobachtern zu Dank verpflichtet, die der koreanische König Sejong von 1418 bis 1450 in Auftrag gab und "eines der besten astronomischen Observatorien der Welt" errichtete, schreibt Joseph Needham in The Hall of Himmlische Rekorde: Koreanische astronomische Instrumente und Uhren . Die königlichen Astronomen bauten nicht nur mehrere Observatorien und astronomische Instrumente (einschließlich einer revolutionären, sich selbst markierenden Wasseruhr), sondern beobachteten auch Mond, Sonne und fünf Planeten genau genug, um Vorhersagen über ihre zukünftigen Bewegungen im Jahr 1442 zu treffen.
Das Buch, in dem diese Beobachtungen und Vorhersagen festgehalten sind, Chilijeongsan (Berechnungen der sieben Leuchten), ist „ein Beweis für die koreanische Astronomie auf dem höchsten Niveau der heutigen Welt“, schreibt der Historiker Park Seong-Rae in Wissenschaft und Technologie in der koreanischen Geschichte: Exkursionen, Innovationen und Themen . Es ist auch nicht das erste Mal, dass moderne Astronomen von den sorgfältigen Berechnungen früher Sterngucker profitierten. Antike Völker, die Sonnen- und Mondfinsternisse in Asien und im Nahen Osten beobachten, legten den Grundstein für zukünftige wissenschaftliche Fortschritte, berichtet Maya Wei-Haas für Smithsonian.com .
Aber obwohl wir eine große Frage über den Lebenszyklus von Novae geklärt haben, glaubt Shara, dass noch mehr beleuchtet werden muss. „Geht eines dieser Systeme in die tiefsten Phasen des Winterschlafes, in denen die Stoffübergangsrate tausendmal niedriger wird, oder fällt sie sogar auf Null ab? Gibt es eine Zeit, in der die Sterne nicht interagieren? Das ist ein Unbekannter “, sagt er. Im Moment wissen wir nur, dass sich der Zyklus - Nova, Ruhezustand, katastrophale Variable - über die lange Lebensdauer des Binärsystems tausende Male wiederholt.
Am Ende dieses Lebenszyklus verliert der kannibalisierte Wasserstoffstern schließlich seinen Sternstatus. "Es wird ein brauner Zwerg, dann ein Planet, dann der felsige Kern eines Planeten, dann wird es wahrscheinlich zu einem Asteroidengürtel zerrissen", sagt Shara.
Während Shara vorhat, den Himmel weiter zu beobachten, um weitere Beweise für die nächsten Entwicklungen bei binären Systemen zu erhalten, vermutet er, dass sich mehr seiner Kollegen mit der Vergangenheit befassen werden, um Novae zu jagen. Zum einen scheint Drake sehr daran interessiert zu sein, den Handschuh in die Hand zu nehmen. „Ich weiß nicht, wie viele sich herumtreiben, aber ich bin sicher, dass es weitere Beispiele in Archiven gibt, die nachverfolgt werden können“, sagt Drake, der nicht an der Studie beteiligt war. Er fügt hinzu, dass Exoplaneten zwar den Löwenanteil der Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit erregen könnten, aber Novae und kataklysmische Variablen wirklich den Spaß ausmachen.
"Die Sternentwicklung und die Physik der Wechselwirkung und Explosionsdynamik von Sternen sind wirklich faszinierende Systeme, die es zu erforschen gilt", sagt er.
