2005 wurden erstmals Sterne entdeckt, die sich so schnell durch die Milchstraße bewegen, dass sie unsere Galaxie irgendwann verlassen werden. Trotz intensiver Suche wurden bis heute nicht mehr als zwei Dutzend solcher Hyper-Velocity-Sterne (HVS) entdeckt. Ein internationales Astronomenteam hat nun drei solche Sterne aufgespürt, die offenbar eine Supernova überlebt haben. Die "Zombie-Sterne" könnten neue Erkenntnisse über die Entstehung und Verteilung schwerer Elemente im Universum liefern, berichten die Forscher in ihrer Studie, die über den Preprintserver "arXiv" zugänglich ist.

Die Frage, woher die stellaren Schnellläufer den enormen Impuls bekommen, um das Gravitationsfeld unserer Galaxie überwinden zu können, ist umstritten. "Die bevorzugte Erklärung ist das Auseinanderreißen eines Doppelsternsystems durch das monströse Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße", sagt Ulrich Heber von der Universität Erlangen-Nürnberg, Koautor der Studie. "Untersuchungen der vergangenen Jahre haben allerdings gezeigt, dass das nicht der einzige Schleudermechanismus sein kann."

Ungewöhnliche Zusammensetzung

Mithilfe von Daten des Gaia-Weltraumteleskops der Europäischen Weltraumorganisation Esa konnten die Forscher nun erstmals die Bahnen von HVS in der Milchstraße dreidimensional vermessen und ihre Herkunft orten. Bei der systematischen Suche nach neuen Schnellläufern kombinierten die Astronomen diese Daten mit anderen astronomischen Katalogen und machten dabei eine erstaunliche Entdeckung: Sie fanden drei HVS, die eine verblüffende Ähnlichkeit mit dem exotischen HVS LP 40-365 zeigten, den andere Forscher vor zwei Jahren zufällig entdeckt hatten.

Beobachtungen mit Großteleskopen brachten Gewissheit: Die drei Kandidaten ähneln LP 40-365 wie ein Ei dem anderen – es handelt sich um eine neue Klasse von HVS. Das Besondere an diesen Sternen ist vor allem ihre chemische Zusammensetzung: Sie bestehen überwiegend aus Neon und Sauerstoff und weisen keinerlei Spuren von Wasserstoff und Helium auf. Wie ist das möglich?

Stellare Überreste

"Explosive thermonukleare Fusionsprozesse, etwa in einer Wasserstoffbombe, können leichte chemische Elemente in schwere Elemente bis hin zu Eisen verwandeln", erklärte Roberto Raddi von der Uni Erlangen-Nürnberg, Erstautor der Studie. "In der Astronomie konnte dies tatsächlich bei Supernovae nachgewiesen werden, die durch die Explosion eines sogenannten Weißen Zwergs, eines erdgroßen entarteten Sterns, ausgelöst werden. Dieser explodiert, wenn er von einem Begleitstern genügend Masse aufgesaugt hat."

Bisherige numerische Simulationen legten nahe, dass eine solche Explosion den Weißen Zwerg komplett zerreißen würde. Der Begleiter bliebe allein zurück – und würde als HVS aus der Milchstraße hinausgeschleudert. Neue Explosionsmodelle zeigen nun, dass der Weiße Zwerg nicht in jedem Fall vollständig zerstört wird: Etwa 20 Prozent seiner Masse könnten überleben – bestehend aus den Kernfusionsprodukten Neon, Sauerstoff, Magnesium, Aluminium und Elementen der Eisengruppe, beispielsweise Mangan.

Theorie zu Schleudermechanismus

Das ist genau die chemische Signatur, die sich bei den HVS vom Typ LP 40-365 fand. Die Forscher vermuten deshalb, dass es sich bei ihnen um "Überlebende" solcher Ereignisse handelt. Allerdings ist noch unklar, warum die Relikte einer Supernova keinen Kohlenstoff enthalten, denn das müssten sie den Simulationen zufolge eigentlich. "Das ist eine der offenen Fragen, die es noch zu beantworten gilt", so Raddi.

Die Forscher haben aber bereits eine Theorie, wie der turbulente Schleudervorgang vonstatten gehen könnte. Damit es zu einem Massenaustausch und daher zur Explosion kommen kann, muss der Begleiter dem Weißen Zwerg sehr nahe kommen, wobei beide Sterne den gemeinsamen Massenschwerpunkt mit extremer Geschwindigkeit umkreisen müssen. Bei seiner Explosion erfährt der Weiße Zwerg einen Kick, der das Doppelsternsystem zerreißt, sodass beide Partner mit hoher Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen auseinanderfliegen. (red, 11.3.2019)