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Unsichtbarer Begleiter könnte ein supermassereicher Neutronenstern sein
Ein unsichtbares Objekt von schätzungsweise 2,2 Sonnenmassen begleitet einen Roten Riesen auf einer ungewöhnlich weiten Bahn. Es könnte sich um einen besonders schweren Neutronenstern handeln, dessen obere Massenschätzung bis in die Lücke zu Schwarzen Löchern reicht. Zugleich lässt sich seine fast kreisrunde Umlaufbahn mit gängigen Modellen der Doppelsternentwicklung bislang nicht reproduzieren.
Peking (China). Neutronensterne sind extrem dichte Überreste massereicher Sterne, deren Kern nach einer Supernova zusammengepresst wurde. Viele dieser Sternenreste besitzen etwa die 1,4-fache Masse unserer Sonne. Wie schwer ein Neutronenstern maximal sein kann, hängt davon ab, wie seine Materie unter gewaltigem Druck dem Zusammenbruch widersteht.
Zwischen den schwersten bekannten Neutronensternen und den meisten stellaren Schwarzen Löchern liegt eine vergleichsweise schwach besetzte Massenregion. Diese sogenannte Massenlücke erschwert die Bestimmung der Grenze zwischen beiden Arten von Sternenresten. Besonders aufschlussreich sind dabei Objekte, deren Masse und Umlaufbahn nicht zum üblichen Bild ihrer Entstehung passen.
Forscher der National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) um Song Wang haben den Roten Riesen J0008+0128 und seinen unsichtbaren Begleiter untersucht. Dazu kombinierten sie Geschwindigkeitsmessungen aus den Sternspektren der Himmelsdurchmusterungen LAMOST und APOGEE mit Positionsdaten des Weltraumteleskops Gaia. Ergänzende Spektren stammten vom Nordic Optical Telescope.
Für den unsichtbaren Partner ergibt sich eine beste Massenschätzung von 2,20 Sonnenmassen, mit einem statistischen Unsicherheitsbereich von minus 0,13 bis plus 0,14 Sonnenmassen. Die Gesamtheit verschiedener Berechnungsverfahren liefert eine breitere Spanne von 1,8 bis 2,8 Sonnenmassen. Erst das obere Ende dieses Bereichs erreicht die oft bei ungefähr 2,5 Sonnenmassen beginnende Lücke zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern.
Im hochaufgelösten Lichtspektrum fanden sich keine Anteile eines gewöhnlichen zweiten Sterns, die dessen zusätzliche Helligkeit verraten würden. Damit spricht die Beobachtung für einen kompakten Sternenrest, dessen Eigenlicht unter der Nachweisgrenze liegt. Ob es sich um einen ungewöhnlich massereichen Neutronenstern oder um ein besonders leichtes Schwarzes Loch handelt, bleibt allerdings offen.
Der Rote Riese und sein unsichtbarer Begleiter benötigen rund 1.218 Tage für einen Umlauf, also etwa 3,3 Jahre. Trotz dieser langen Umlaufzeit folgt das Paar einer nahezu kreisrunden Bahn mit einer Exzentrizität von lediglich ungefähr 0,09.
Für einen Neutronenstern wäre diese Kombination ungewöhnlich. Bei seiner Entstehung durch eine Supernova geht normalerweise Masse verloren, und der neu gebildete Sternenrest kann einen Rückstoß erhalten, der die Bahn verändert. Andere besonders schwere Neutronensterne haben vermutlich Material von nahen Begleitern aufgenommen, doch bei J0008+0128 fehlen die typischen Spuren eines solchen Massentransfers.
Mit dem Evolutionsprogramm POSYDON durchsuchten die Forscher etwa 300.000 simulierte Doppelsternsysteme nach einer vergleichbaren Kombination aus Masse und Bahneigenschaften. Keines dieser Modelle erreichte den beobachteten Parameterbereich. Das beweist nicht, dass eine solche Entstehung unmöglich ist, zeigt aber die Grenzen der untersuchten Standardmodelle.
Möglicherweise war der Sternenrest bereits bei seiner Geburt außergewöhnlich massereich, während die Supernova nur wenig Materie fortschleuderte. Denkbar ist auch ein früheres Dreifachsystem, in dem zwei innere Sternenreste miteinander verschmolzen und der heutige Rote Riese als äußerer Partner erhalten blieb. Selbst ein weiterhin bestehendes enges Paar aus zwei kompakten Objekten lässt sich bislang nicht vollständig ausschließen.