Ein toter Stern könnte deutlich massereicher werden, als es eine berühmte Grenze der Astrophysik vorhersagt.
Wenn ein sonnenähnlicher Stern das Ende seines Lebens erreicht, stößt er seine äußeren Schichten ab. Sein Kern kann dann zu einem weißen Zwerg werden: einem extrem dichten Himmelskörper, der eine beträchtliche Masse in einem Volumen vergleichbar mit dem der Erde bewahrt. Ohne bedeutende neue Kernreaktionen kühlt dieser Stern allmählich ab.
Künstlerische Darstellung eines magnetischen weißen Zwergs. Die Linien stellen sein Magnetfeld dar.
Quelle: ESO/L. Calçada. CC BY 4.0.
Doch ein weißer Zwerg kann nicht unbegrenzt Materie ansammeln. Seine eigene Gravitation versucht, ihn zusammenzudrücken, während die in seiner Materie vorhandenen Elektronen dieser Kompression widerstehen. Bei einem klassischen, wenig magnetisierten und langsam rotierenden Himmelskörper hält dieses Gleichgewicht jenseits von etwa dem 1,4-Fachen der Sonnenmasse nicht mehr stand. Oberhalb dieser Grenze kommt es zum Gravitationskollaps.
Dieser Wert trägt den Namen Chandrasekhar-Grenze. Forschende wollten herausfinden, wie sie sich verändert, wenn der weiße Zwerg ein extrem starkes Magnetfeld besitzt. Ein solches Feld kann im Inneren des Sterns zusätzlichen Druck ausüben und seinen Widerstand gegen die Gravitation verändern.
Das Team verwendete ein Computerprogramm, das die Entwicklung eines Sterns von seiner Jugend bis zum Stadium eines weißen Zwergs verfolgen kann. Anschließend simulierte es den Zustrom von Materie eines Begleitsterns. Dieses Szenario ermöglicht es, gleichzeitig die Zunahme der Masse, die Kontraktion des Himmelskörpers und die Verstärkung seines Magnetfelds zu verfolgen.
In einem der Modelle beginnt der weiße Zwerg mit einer Masse, die etwas größer ist als die der Sonne. Ohne den Einfluss des Magnetismus nähert sich seine Grenze den bereits bekannten 1,4 Sonnenmassen. Bei einem ausreichend starken inneren Magnetfeld könnte er etwa 2,4 Sonnenmassen erreichen, also rund 70 % mehr.
Das Magnetfeld würde stärker werden, während sich der Stern zusammenzieht. Dadurch würde es dazu beitragen, seine Schichten gegen deren eigenes Gewicht zu stützen. Die maximale Masse hängt jedoch von der Form und Stärke des Feldes sowie von der Abkühlung des Himmelskörpers ab.
Dieser Ansatz könnte helfen, bestimmte Supernovae vom Typ Ia zu verstehen, also Explosionen, die von weißen Zwergen verursacht werden. Einige von ihnen scheinen heller zu sein als erwartet. Die Forschenden suchen nun nach Beobachtungen, anhand derer sich diese möglicherweise außergewöhnlich massereichen weißen Zwerge vor ihrer Explosion erkennen lassen.