Dieser extreme Stern könnte riesige Flutwellen haben

Auf einem Stern in der Großen Magellanschen Wolke könnten immer wieder enorme Flutwellen aus Plasma über seine Oberfläche prasseln, während die Schwerkraft eines kleineren Begleitsterns an dem größeren Stern zerrt (Abbildung).

Melissa Weiss/CfA

Von Liz Kruesi

21. August 2023 um 9:00 Uhr

So wie die Meeresbrandung an einem Sandstrand zerschmettert, können riesige Plasmawellen auf die Oberfläche eines massereichen Sterns prallen.

Der Stern ist Teil eines Paares, das von der Schwerkraft seines Begleiters gedehnt und gezogen wird. Dieses gravitative Tauziehen führt dazu, dass sich die Helligkeit des Sterns drastisch und rhythmisch ändert. Nun deutet eine Computersimulation darauf hin, dass dieser stetige Herzschlag des Sternenlichts durch riesige Flutwellen verursacht wird, die auf der Oberfläche des Sterns wellenförmig und brechend sind, berichten Forscher vom 10. August in Nature Astronomy. Die Höhe der Wellen könnte bis zum Dreifachen des Sonnendurchmessers betragen.

„Solche wirklich dramatischen, aber transformativen Momente sieht man nur selten in Aktion“, sagt der Astrophysiker Morgan MacLeod vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts.

Das Sternensystem mit dem Namen MACHO 80.7443.1718 liegt etwa 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Großen Magellanschen Wolke. Es beherbergt einen sichtbaren Stern mit der 35-fachen Sonnenmasse und einen weiteren unsichtbaren Stern mit mindestens 10 Sonnenmassen. Ungefähr einmal im Monat, wenn sie einander umkreisen, kommen sie nahe genug aneinander vorbei, dass die Gravitationskräfte die Gezeiten auf den Oberflächen beider Sterne erhöhen, vermuten Wissenschaftler, ähnlich wie der Mond an den Ozeanen der Erde zerrt (SN: 05.04.11).

Auf den Sternen wäre dieser Ruck jedoch wesentlich extremer. „Anstatt ein paar Meter hoch zu sein, kann [die Flut] 10 Prozent des sichtbaren Sterndurchmessers ausmachen“, sagt der Astrophysiker Jim Fuller vom Caltech, der nicht an der Studie beteiligt war. Auf einem Stern, der so groß ist wie dieser sichtbare Stern – etwa 24 Mal so breit wie die Sonne – entspricht das einer Flutwelle von etwa 3,3 Millionen Kilometern Höhe.

Die neue Studie, sagt Fuller, „zeigt, wie kompliziert und interessant die Dynamik wird, wenn man ein extremes System wie dieses hat.“

Astronomen können die Formen dieser Sterne nicht durch ein Teleskop sehen, aber sie können verfolgen, wie sich das Licht des helleren Sterns im Laufe der Zeit verändert. Während sich die Helligkeit der meisten bekannten „Herzschlagsterne“ um etwa ein Zehntel Prozent ändert, ändert sich die Helligkeit dieses Systems um 20 Prozent.

Ungefähr einmal im Monat kommen zwei etwa 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Sterne so nahe aneinander vorbei, dass die Gravitationskräfte die Gezeiten im Plasma auf den Oberflächen beider Sterne erhöhen sollten. Eine Computersimulation (siehe Abbildung) legt nahe, dass das gravitative Tauziehen enorme Gezeiten im Plasma auf der Oberfläche des größeren Sterns auslöst.

MacLeod wollte wissen, wie die Dynamik dieses Sternensystems zu diesen sichtbaren Veränderungen führt. Deshalb simulierten er und der Harvard-Astronom Avi Loeb, wie sich Plasma auf und zwischen diesen Sternen bewegt, während sie einander umkreisen.

Die Wellen können so groß werden, dass sie tatsächlich brechen und über die Oberfläche des helleren Sterns krachen, so die Studie. Wenn eine Meereswelle weit vom Ufer entfernt ist, handelt es sich um eine rollende, wellige Welle. Doch je näher es der Küste kommt, desto höher und wieder zusammenfällt es. „Hier passiert so etwas wie eine Parallele“, sagt MacLeod. Die Oberseite der Welle wird steiler, „gerät außer Phase mit der Unterseite, faltet sich um und stürzt ab.“

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Nach dem Aufprall auf die Sternoberfläche werden „abgeschleuderte Trümmer in die Atmosphäre rund um den Stern befördert“, wie die schaumige Brandung, die an einem Strand zurückbleibt. Beim Aufprall der Wellen geht Energie verloren. Die Studie legt nahe, dass dieser Absturz dazu führt, dass die Umlaufbahnen der Sterne schrumpfen, was bedeutet, dass diese Sterne schließlich kollidieren und möglicherweise verschmelzen könnten.

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M. MacLeod und A. Loeb. Brechende Wellen auf der Oberfläche des Herzschlagsterns MACHO 80.7443.1718. Naturastronomie. Online veröffentlicht am 10. August 2023. doi: 10.1038/s41550-023-02036-3.

Liz Kruesi ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Schwerpunkt Astronomie. Sie lebt in Colorado.

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